close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2717.Интегративное обучение химии в современной школе

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Министерство образования и науки РФ
Учебно-методическое объединение по направлениям
педагогического образования
Направление «Естественнонаучное образование»
Учебно-методическая комиссия по профилю подготовки «Химия»
Кировский институт повышения квалификации
и переподготовки работников образования
А. Н. Лямин
ИНТЕГРАТИВНОЕ ОБУЧЕНИЕ ХИМИИ
В СОВРЕМЕННОЙ ШКОЛЕ
МОНОГРАФИЯ
С.-Петербург – Киров 2007
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ББК 74.262.4
УДК
Л 97
Печатается по рекомендации УМО по направлениям педагогического
образования Министерства образования и науки РФ и решению
редакционно-издательского совета Кировского ИПК и ПРО
Научный редактор: зав. кафедрой методики обучения химии РГПУ
им. А.И. Герцена, почетный работник высшего профессионального
образования РФ, д.п.н., профессор М.С. Пак.
Рецензенты:
– ректор Кировского ИПК и ПРО, доцент, заслуженный учитель РФ,
к.п.н. Г.А. Русских;
– зав. кафедрой технологии защиты биосферы и органической химии
ВГУ, д.х.н., академик РАЕН, профессор С.В. Хитрин;
– доцент кафедры химии ВятГГУ, к.п.н. Е.В. Береснева;
– старший преподаватель кафедры общей физики ВятГГУ,
к.п.н. Н.В. Соколова.
Лямин Алексей Николаевич
Л 97 Интегративное обучение химии в современной школе. [текст]:
Монография/А.Н. Лямин. – Киров: КИПК и ПРО, 2007. – 294 с.
ISBN
В монографии изложены методологические основы системы интегративного
обучения и теоретико(методические основы интегративных занятий по химии в
современной школе. Рассмотрены конкретные методики и технологии уроков по
базовым темам курса химии основной общей школы. Предложены методические
рекомендации и дидактические материалы к школьным интегративным занятиям
по химии, программы элективных курсов.
Монография предназначена научным работникам, методистам и преподавателям системы общего химического, профессионального и постдипломного
педагогического образования, а также студентам, магистрантам, аспирантам,
докторантам и слушателям образовательных учреждений, занимающимся проблемами довузовского химического образования.
ББК 74.262.4
УДК
ISBN
2
© А. Н. Лямин, 2007.
© КИПК и ПРО
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вместо предисловия
Обучать — значит учить мыслить
Он взрослых изводил вопросом «Почему?»
Его прозвали «маленький философ».
Но только он подрос, как начали ему
Преподносить ответы без вопросов.
И с этих пор он больше никому
Не задает вопросов «Почему?»
С.Я. Маршак.
Никто на жалуется на свой ум, но очень многие сетуют на свою память. Это
ставшее крылатым выражение по существу означает, что мышление – самый
ценный психический процесс для человека. С готовностью признавая недостатки своей памяти («Никакой памяти у меня не стало»), воли («Никак не могу
себя заставить») и внимания («Я такой рассеянный»), никто не скажет всерьез
что(нибудь наподобие: «Вы знаете, я ужасно тупой» или «Я не отличаю причину
от следствия».
Однако будем откровенны: мышление нас тоже иногда подводит. Здесь,
например, мы не смогли понять простой вещи, там не сумели предусмотреть
последствия своих действий, когда(то недоучли сложившуюся обстановку и т.д.
В результате – нелепые ошибки, досадные промахи. Особенно часто они возникают в обучении (трудно понять материал, решить задачу) и в работе (нелегко и
не сразу дается принятие правильного решения).
Основную причину такой ситуации я вижу в обучении, воспитании (образовании) ребенка не только в школе, но и вне ее.
Человек, еще находясь в утробе матери, начинает познавать мир. Это
естественный, хотя еще и не осознанный, очень активный процесс. Ребенок
до пяти лет получает и перерабатывает едва ли не большую часть информации всей своей жизни. Почему же у многих людей это стремление познания
с возрастом начинает затухать? Скорее всего, виной этому становимся мы
– взрослые, так как всегда лучше «знаем», что нужно ребенку; в какие игры
ему играть, на какие вопросы отвечать. Это приводит к тому, что из человека,
постигающего истину, ребенок превращается в накопителя нужной и не нужной (невостребованной) ему информации. Процесс мышления подменяется
процессом запоминания. Молодой человек перестает задавать, в том числе
и себе, вопросы «Зачем?», «Почему?», «Как?», и, как следствие, происходит
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
торможение процессов развития внутренних (личностнозначимых) мотивов
учения. Начинают доминировать внешние мотивы (быть лучше всех, похвала
взрослых и т.д.). Человек мыслящий превращается в человека обученного,
способного выполнять действия (иногда очень точно), которым его обучили.
Но рационален ли такой путь развития?
Современная цивилизация требует от человека мобильности – быстрого
реагирования на все изменения в окружающей среде, высокой нравственности, иными словами, совокупности универсальных свойств, выражающих его
способность быть человеком, противостоять технокогнитивной экспансии в
окружающий мир.
Современный человек знает значительно больше, чем может увидеть или хотя
бы вообразить. От этого меняется его отношение к природе. Природа всё больше
превращается в запутанную систему отношений и функций, постижимую только
математическими методами. Люди научились использовать энергию природы
и самого человека в таких масштабах, которые свидетельствуют о наступлении
нового этапа истории цивилизации. Человек вынужден жить бок о бок с постоянно растущей и угрожающей всему его бытию опасностью. Отсюда и стремление
вновь обрести «естественность», «сообразность природе» в образе жизни, лечении
болезней, воспитании и обучении и т. п. В соответствии с этим глобальной целью
современного образования должно стать развитие, способствующее удовлетворению нужд нынешнего поколения, не ставя при этом под угрозу судьбу будущих
поколений. Речь идет о личностном развитии ребёнка, суть которого состоит в
создании условий для становления собственно личностных функций индивида
– культуры нравственного выбора, рефлексивных механизмов поведения, смысла
определения, реализации своего Я в избранной творческой сфере, способности
к автономии и свободе, к принятию ответственных решений. Это удел в первую
очередь человека мыслящего, а не обученного.
Мышление в нашей жизни выполняет множество различных функций. Главными, повидимому, являются две: понимание и творчество. Понимание обеспечивает нам правильное постижение обстановки, накопленных человечеством
знаний и т. п. Творчество способствует порождению нового – открытиям, как
малым (для себя), так и большим (для общества). Эти две функции мышления
взаимосвязаны и взаимообусловлены: с одной стороны, чтобы хорошо творить,
надо хорошо понять материал, а с другой – чтобы хорошо понять материал, надо
отнестись к процессу познания творчески.
Считается, что особенности мышления определяются генетически: одному
досталось больше и лучше, другому – меньше и хуже, и ничего тут не поделаешь.
Однако целый ряд психологопедагогических экспериментов, в которых удавалось
улучшить мышление у детей, считавшихся безнадежными в этом отношении,
опровергает такое положение. Думаю, не будет преувеличением сказать: наше
мышление и мышление наших детей в наших руках. Его можно и нужно развивать
и совершенствовать.
(По материалам: Заика, Е. Учитесь мыслить играя [текст]/Е. Заика//Наука
и жизнь. – 1991. – № 4. – с. 108*111).
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Введение
«Миру сегодня недостает своего собственного образа, потому что этот
образ может быть сформирован только
при помощи универсальной системы
знаний – синтеза».
(Ребенок в мире культуры / Под общ. ред.
Р.М. Чумичевой. – Ставрополь: Ставропольсервисшкола. 1998. – С.26.).
Современный мир – это мир, объединенный глобальными проблемами, мир информатизированный, в котором главная роль в решении
проблем отводится науке, мир, начинающий понимать, что будущее
человечества, его устойчивое развитие во многом определяется не столько темпами технократизации общества, сколько темпами гуманизации
происходящих в нем процессов (И. Соколова).
Наиболее актуальной проблемой современности, по данным ЮНЕСКО, является проблема качества образования. Фундаментальные
цели образования, сформулированные в документах ЮНЕСКО:
научить получать знания (учить учиться); научить работать и зарабатывать (учение для труда); научить жить (учение для бытия); научить
жить вместе (учение для совместной жизни). Также в России главная
проблема заключается в неэффективности системы общего образования: «…Это ощущается всеми участниками образовательного процесса.
Учителя говорят, что изменились дети, и учить стало труднее. Ученики
говорят, что не испытывают интереса к школьному учению (и о невостребованности школьного образования, авт.). Родители готовы платить
и платят большие деньги за дополнительные образовательные услуги
для своих детей, а управленцы который уже год пытаются реформировать школу. Неэффективность проявляется в том, что не видно
результата, значимого вне самой системы образования. Образование
замкнулось само на себя, наплодило множество искусственных форм,
не существующих нигде, кроме самой сферы образования, и то, что
было изначально средством, превратилось в цель. Иными словами,
то, чему я учусь в школе, только там и востребовано. Общее образование стало напоминать изучение мертвых языков, которые, кроме
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
как в самом образовательном учреждении, нигде больше не нужны».
[42, с. 4]. Например, довузовское химическое образование зачастую
трактуется и реализуется как банальное «натаскивание» школьников
на выполнение не всегда удачных контрольноизмерительных материалов ЕГЭ, и педагог вынужден это делать, т.к. оценочный балл ЕГЭ
имеет юридическую силу.
Таким образом, в России обозначенная проблема возведена в ранг
государственной и определены основные направления модернизации
среднего общего, в т.ч. и химического, образования, а именно: реструктуризация, профилизация и качество (компетентность).
Концепция Петербургской школы (О.Е. Лебедев, А.П. Тряпицына,
Н.И. Роговцева и др.) трактует образование как специально организованный процесс освоения социального опыта и формирования на этой
основе индивидуального опыта учащихся по решению познавательных
и личностных проблем, результатом которого является достижение
обучаемыми определенного уровня образованности. Следовательно,
образование рассматривается так же как процесс развития ребенка,
обогащения его индивидуального опыта, раскрытия его творческих
способностей [121].
Целями образования провозглашаются:
– достижение уровня образованности, соответствующего потенциалу
обучаемого и обеспечивающего дальнейшее развитие его личности и
возможности продолжения образования;
– формирование у каждого учащегося опыта индивидуальных достижений в реализации своих способностей;
– формирование и развитие у обучаемых опыта общения, основанного на взаимном уважении.
Реализация этих целей «дает возможность достижения главной цели
общего образования – формирования у обучаемых уровня социальной
зрелости, достаточного для обеспечения автономной личности, ее самостоятельности в различных сферах жизнедеятельности [121]».
Понимание причин и возможных путей решения проблем, умение
видеть и анализировать компоненты систем, возможности их взаимодействия являются важнейшими составляющими содержания современного
естественнонаучного образования, а потребность в таком понимании
– важным познавательным мотивом.
Реализация поставленных целей может осуществляться только системно и комплексно, т.е. интегрированно (в целом как результат).
Таким образом, все вышеизложенное детерминирует ведущую
идею, заключающуюся в организации интегративного обучения химии,
обеспечивающего качество допрофессионального естественнонаучного
образования.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Обучение – целенаправленный педагогический процесс организации
и стимулирования активной учебнопознавательной деятельности обучаемых по овладению научными знаниями, умениями и навыками, развитию
творческих способностей, мировоззрения, нравственноэстетических
взглядов и убеждений [146].
Интегративное обучение – обучение, при котором в роли ведущего
методологического подхода выступает интегративный подход, а интеграционным центром является интегративное занятие.
На педагогическом уровне в разное время проблема качества образования исследовалась по разным направлениям известными дидактами
современности:
– понятие качества как результата образовательной деятельности на
уровнях образовательных систем и личностных образовательных достижений (Г.А. Бордовский, Б.Г. Гершунский, Н.Ф. Радионова и др.);
– уровневый подход к усвоению знаний, умений и навыков в процессе обучения, обеспечивающий диагностику качества обученности
(В.П. Беспалько, В.П. Гаркунов, И.Я.Лернер, М.С. Пак, А.В. Усова и др.);
– критерии оценки эффективности отдельных сторон образовательной деятельности (А.П. Беляева, В.П. Беспалько, В.П. Гаркунов,
Н.Е. Кузнецова, А.А. Кыверялг, В.И. Ростовцева, А.П. Тряпицына,
Г.И. Щукина и др.).
Решение проблемы качества химического образования неразрывно связано с формированием осознанного стремления у современных
школьников к получению химических знаний, умений и их искренней
заинтересованности в изучении данного предмета. В этих условиях особое
значение приобретает деятельность педагога и обучаемых, направленная
на формирование у последних устойчивых мотивов к изучению химии.
Проблемам мотивации и мотивам посвящено большое количество трудов как отечественных (В.Г. Асеев, В.К. Вилюнас, Е.П. Ильин, В.И. Ковалёв, А.Н. Леонтьев, М.Ш. МагомедЭминов, В.С. Мерлин, П.В. Симонов,
Д.Н. Унадзе, А.А.Файзуллаев, П.М. Якобсон), так и зарубежных авторов
(Дж. Аткинсон, К. Мадсен, А. Маслоу, Х. Хекхаузен, Г. Холл и др.).
Проблемы мотивации к изучению предмета активно разрабатываются и в методике обучения химии: формирование интереса к химии через
специфику предметного содержания (В.П. Гаркунов, Н.Е. Кузнецова,
М.С. Пак, Ю.В. Ходаков), инновационные технологии обучения как
фактор повышения мотивации (Н.Е. Кузнецова), познавательные и
творческие задания по химии как средство формирования мотивации
(М.С. Пак, Н.А. Титов, И.М. Титова), химический эксперимент как
важнейший мотивирующий фактор (В.Н. Давыдов, Э.Г. Злотников,
Г.М. Чернобельская и др.), домашний эксперимент по химии как
средство мотивации её изучения (Г.А. Шипарева), межпредмет7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ная интеграция как фактор, способствующий развитию мотивации
(В.М. Байкова, О.И. Близнецова, Л.Н.Крючок, М.С. Пак, И.В. Родыгина), развитие внутренней мотивации изучения химии (Е.И. Евстафьева,
И.М. Титова), использование исторического материала как средства
формирования мотивации при изучении химии (А.Э. Карпушов), интегративные занятия как средство формирования мотивов школьников
к изучению химии (А.Н. Лямин).
Вместе с тем разные аспекты интеграции в обучении химии в разные
годы разрабатывали методистыхимики: методология, теория и методика
интегративного подхода к обучению химии (М.С. Пак), система межпредметных связей при преподавании химии (В.П. Гаркунов, М.С. Пак
и др.), физика – химия (Е.В. Береснева, П.В. Загрекова, Е.Е. Минченков, Ф.П. Соколова), биология – химия (Н.М. Верзилин, Д.П. Ерыгин,
И.Д. Зверев, Д.М. Кирюшкин, В.Н. Фёдорова), химия – математика
(Т.К. Александрова), химия – экология (В.П. Гаркунов, Н.Е. Кузнецова, М.С. Пак), химия – русский язык (Т.А. Белова), химия – логика
(А.И. Дахин), химия – естествознание (А.А. Егорова), химия – экономика (Л.И. Хахичева), химия – специальные предметы (В.П. Гаркунов,
М.С. Пак, Э.Н. Кирикилица, Н.П. Юоцявичуте), проблемное обучение
на основе межпредметной интеграции (Н.Е. Кузнецова, М.А. Шаталов). Методология интегративного подхода (М.С. Пак) стимулировала
разработку и реализацию интегративномодульного обучения химии
(А.Н. Ласточкин), дидактикометодических основ реализации межпредметных связей в естественнонаучном образовании (Т.Н. Литвинова),
элементов геохимии и минералогии в курсе химии в средней школе
(С.Я. Баев), интегративноаксиологического подхода к разработке и применению литературы в общем химическом образовании (Г.Н. Фадеев),
интегративноконтекстного подхода в высшем педагогическом образовании (А.Л. Зелезинский, М.С. Пак, М.К. Толетова, И.В. Шутова).
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 1. Методолого<теоретические основы
интегративного обучения химии в системе
общего образования
«Все, что находится во взаимной связи,
должно преподаваться в такой же связи».
Я.А. Коменский.
1.1. Мотивы и мотивация учебной деятельности
В основе любой деятельности человека, включая учебнопознавательную, лежат потребности – духовные и материальные. Исследованию
причин активности человека посвящены труды ещё мыслителей древности
– Аристотеля, Гераклита, Демокрита, Лукреция, Платона, Сократа [44].
Демокрит определял потребность как основную движущую силу,
которая позволила человеку приобрести речь, язык, привычку к труду
и развила ум.
По мнению Гераклита, потребности определяются условиями жизни.
Сократ выделял проблему места, занимаемого потребностями в жизни человека, и неспособностью большинства людей управлять своими
потребностями.
Аристотель полагал, что потребности всегда связаны с целью.
Источником воли, по мнению Лукреция, являются желания, вытекающие из потребностей.
П. Гольбах определил мотивы как реальные или воображаемые предметы, с которыми связано благополучие организма. Через мотивы, писал
он, потребности приводят в действие наши ум, чувства и волю.
Н. Г. Чернышевский с развитием потребностей связывал развитие
познавательных способностей человека.
Таким образом, можно констатировать, что вопросы детерминации
активности человека волновали мыслителей с древнейших времён.
В настоящее время в качестве одной из альтернативных принята
классификация потребностей, предложенная П. В. Симоновым [141].
Согласно его мнению, базисными по своим характеристикам являются
следующие потребности:
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Витальные (биологические) – потребности в пище, сне, защите от
внешних вредностей и т. п., призванные обеспечить индивидуальное и видовое существование человека. Они порождают множество материальных
квазипотребностей.
2. Социальные – потребности человека принадлежать и занимать определённое место в социальной группе, а также следовать нормам, принятым
в данном обществе.
3. Идеальные – потребности познания окружающего мира и своего места
в нём.
П. В. Симонов и П. Н. Ершов во главу мотивов всей деятельности человека также ставят его потребности. В частности, потребность познания
рассматривается в ранге универсальной потребности в информации наряду с
потребностью в веществе и энергии, т. е. потребность человека в информации
есть неотъемлемое условие его жизни [141].
В XXXXI веках понятия «мотивация», «мотив» тесно связаны с понятием
«потребности».
Под потребностями мы, вслед за Е. П. Ильиным [44], понимаем переживаемое состояние внутреннего напряжения, возникающее вследствие отражения в сознании нужды (нужности, желанности чегото) и побуждающее
психическую активность, связанную с целеполаганием.
Вследствие своей сложности и многогранности мотивация в психологии понимается очень широко. К настоящему времени мы не находим
такой теории мотивации, которая не была бы противоречивой и охватывала
круг её основных фундаментальных и прикладных проблем. Но, несмотря
на это, за мотив принимается какойто один конкретный психологический феномен. В основном психологи группируются вокруг следующих
точек зрения на мотив: как на побуждение, на потребность, на цель, на
намерение, на свойства личности, на состояния [44]. Поэтому существуют
различные трактовки мотива [146]:
1) побуждения к деятельности, связанные с удовлетворением потребностей субъекта;
2) предметнонаправленная активность определённой силы;
3) побуждающий и определяющий выбор направленности деятельности
на предмет (материальный или идеальный), ради которого она осуществляется;
4) осознаваемая причина, лежащая в основе выбора действий и поступков
личности.
Например, Л. И. Божович, С. Л. Рубинштейн и мн. др. считают, что
потребность и есть мотив [19, 133]. Но отождествлять мотив с потребностью не совсем корректно, ибо потребность не определяет совокупность
мотивов, их силу, устойчивость. При одной потребности у людей могут
возникать разные мотивы. Потребности реализуются в поведении и де10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ятельности человека при посредстве мотива. Развиваясь и укрепляясь,
мотив способствует укреплению потребности, и, наоборот, развитие
потребностей способствует эффективному формированию мотивов.
Важным моментом в понимании мотивации деятельности, в том
числе познавательной, является соотношение понятия мотива и цели.
А. Н. Леонтьев по этому поводу пишет: «Когда перед нами развёртывается
конкретный процесс – внешний или внутренний, – то со стороны его
отношения к мотиву он выступает в качестве деятельности человека, а
как подчинённый цели – в качестве действия или совокупности, цепи
действий» [71, с.104]. Хотя А.Н.Леонтьев не отвергает возможность превращения цели в мотив, и, наоборот – «сдвиг мотива на цель и цели на
мотив»: «Генетически исходным для человеческой деятельности является
несовпадение мотивов и целей. Напротив, их совпадение есть вторичное
явление: либо результат приобретения целью самостоятельной побудительной силы, либо результат осознания мотивов, превращающий их в
мотивы – цели» [71, с.201]. Отсюда понятно рассуждение о «сдвиге мотива
на цель», когда побуждает к деятельности уже не результат, а выполнение
собственно действия вследствие пробуждения к нему интереса, получение
от него удовольствия.
Ещё с прошлого века мотив многими психологами трактовался как
побудительная (движущая) сила, как побуждение. При этом нестрогость
в использовании понятий привела к тому, что за мотив стала приниматься
любая причина, вызывающая побуждение, а не только само побуждение
[44]. В понимании В. И. Ковалёва мотив и побуждение – не идентичные
понятия [52]. Побуждение может быть осознанным и неосознанным.
Вследствие этого В. И. Ковалёв и многие другие отечественные и зарубежные психологи считают, что мотив – это осознанное внутреннее
побуждение, отражающее готовность человека к действию или поступку.
Х. Хекхаузен утверждает, что мотивация – это побуждение к действию
определённым мотивом [165]. Сама роль побуждения также рассматривается учёными поразному. Одни считают её в побуждении к действию,
а другие – к постановке целей.
Человек может проявлять поступки, связанные с мотивированным
(осознанным) отказом в выполнении какихто действий. Таким образом,
в соответствии с мотивом можно и бездействовать. Такие мотивы называют отрицательными [44].
В ряде случаев побуждение как состояние подменяется причиной:
идеалами, ценностями, потребностями, целями, интересами, которые, по
нашему мнению, могут быть этапами формирования мотива (мотивации).
По мнению В. И. Ковалёва, мотив – специфическая реальность,
которая не сводится к другим психологическим явлениям [52]. Подмена
понятия «мотив» понятиями «установка», «эмоция», «цель», «намерение»,
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«потребность», «желание», «влечение», «интерес» и т. п. или наделение
этих реалий функциями мотива и трактовка их как его разновидности
есть, по существу, отрицание самостоятельности последнего.
Рассмотренные положения свидетельствуют о самостоятельности
мотива и невозможности его отождествления с другими психологическими возможностями личности. Монистические подходы к рассмотрению
сущности мотива, когда за него принимают мотив = потребность (есть
побуждение, но нет направленности); мотив = предмет удовлетворения
потребности (есть направленность, но не объясняет её причину); мотив
= основание (даёт объяснение причины и смысл действия, но нет побуждения) и т. д., себя не оправдывают [44]. Ещё Б.Ф. Ломов отмечал,
что в исследовании психических явлений попытка искать единственную детерминанту того или иного явления – это тупиковый путь [73].
Вследствие вышеизложенных причин под мотивом мы понимаем сложное
интегральное качество личности, побуждающее к сознательным действиям
(поступкам) и служащее для них причинным и смыслообразующим основанием (обоснованием) [44] (от лат. movere – приводить в движение, толкать,
от франц. motif – побудительная причина, довод в пользу чеголибо, повод
к действию).
Впервые слово «мотивация» употребил А. Шопенгауэр в статье «Четыре
принципа достаточной причины» (1900–1910).
В настоящее время этот термин трактуется по8разному [44]:
как совокупность факторов, поддерживающих и направляющих, т.е.
определяющих поведение (К. Мадсен, 1959; Ж. Годфруа, 1992);
как совокупность мотивов (К. К. Платонов, 1986);
как побуждение, вызывающее активность организма и определяющее
её направленность (А. К. Маркова [92]);
как процесс психической регуляции конкретной деятельности
(М.Ш. Магомед8Эминов, 1998);
как процесс действия мотива и как механизм, определяющий возникновение, направление и способы осуществления конкретных форм
деятельности (И. А. Джидарьян, 1976);
как совокупная система процессов, отвечающих за побуждение и
деятельность (В. К. Вилюнас, 1990);
как психическое образование, выполняющее побудительную и смыслообразующую функции и направленное на реализацию потребностей в
соответствии с целевой компонентой (А. Э. Карпушов, 2004 [48]).
Таким образом, одни исследователи определяют мотивацию со
структурных позиций как совокупность факторов или мотивов, другие
же рассматривают мотивацию как динамичное образование – процесс,
механизм. И в том и в другом случае мотивация у авторов выступает как
вторичное по отношению к мотиву образование или явление, или поня12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тия «мотив» и «мотивация» используются как синонимы. «Однако при
таком подходе остаётся непонятным – пишет Е. П. Ильин – вопервых,
что же придаёт побудительность – мотивация или мотив, вовторых,
каким образом возникает мотив, если он появляется раньше, чем мотивация» [44]. Выход из этой проблемы Е.П. Ильин видит в рассмотрении
мотивации как динамического процесса формирования и функционирования мотива. Мотивация – динамический процесс функционирования
системы мотивов, в котором одни мотивы доминируют, причинно побуждая
деятельность, а другие, подавляя, – угнетают.
Современные психологиисследователи выделяют два вида мотивации: «внешнюю» (экстринсивную), обусловленную внешними (социальными в т.ч.) условиями и обстоятельствами, и «внутреннюю» (интринсивную), связанную с личностными диспозициями: потребностями,
установками, интересами, влечениями, желаниями и т. п. [165].
С точки зрения Е. П. Ильина, мотивация и мотивы всегда внутренне
обусловлены, но могут зависеть и от внешних факторов, побуждаться
внешними стимулами. Когда говорят о внешних мотивах и мотивации,
то имеют в виду либо обстоятельства (актуальные условия, оказывающие влияние на эффективность деятельности, действий), либо какието
внешние факторы, влияющие на принятие решения и силу мотива
(вознаграждение и т.п.). В этих случаях более логично говорить о внешнестимулируемой или внешнеорганизованной мотивации, понимая
при этом, что обстоятельства, условия, ситуация приобретают значение
для мотивации только тогда, когда становятся личностно*значимыми для
человека, для удовлетворения потребности, желания. Поэтому внешние
факторы должны в процессе мотивации трансформироваться во внутренние [44].
В науке и образовании не приходится рассчитывать на продуктивную творческую деятельность без выраженных потребности познания и
мотива учения.
Выдающийся психотерапевт, невропатолог и психолог В. Н. Мясищев любил говорить, что результаты, которых человек достигает в своей жизни, лишь
на 2030% зависят от его интеллекта, а на 7080% – от его мотивов, которые у
него есть и которые побуждают себя так вести [17, с.3].
Отсюда следует очевидный вывод: чтобы достичь положительных
результатов в образовательном процессе, необходимо вызвать у учащихся эмоциональноположительную внутреннюю (личностнозначимую)
мотивацию учения, для чего нужно организовать творческую, познавательную деятельность школьников. Эффективность познавательной
деятельности зависит от степени её мотивации.
«В дидактике, – пишет И. М. Титова, – существует обоснованное
мнение, требующее рассматривать мотивацию как побуждение или со13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стояние, определяемое избирательной направленностью учащихся на
усвоение учебного содержания; как сложный, многокомпонентный и
многофазный процесс, в котором задействованы волевые когнитивные
и эмоциональные составляющие [151]. В данном утверждении автор,
повидимому, отождествляет понятия «мотив» и «мотивация».
А. Э. Карпушов под мотивом учебной деятельности понимает побуждение к совершению какихлибо действий, направленных на удовлетворение той или иной потребности, связанной с учебной деятельностью и
её личностным смыслом [48]. Но в соответствии с положениями, рассмотренными выше, такая формулировка больше соответствует целям
учебной деятельности.
К психологическим побудителям деятельности и поведения чаще
всего относят желания, интерес, влечение, эмоции. Деятельность по
признаку пристрастности (по предмету потребности) А.Н. Леонтьев и
др. разделяют на три основных типа [71]:
– игровую (предмет потребности – акты деятельности);
– трудовую (смысл – преобразование предмета в продукт и получение
вознаграждения);
– общение (главным смыслом становится другой человек).
Учебная деятельность не сводима к какомулибо из этих первичных
типов, являясь сложной производной от них. С.Л. Рубинштейн в качестве
особого вида деятельности выделил самодеятельность (направленную
на себя) [112].
По Б.Г. Ананьеву учение складывается из познания (самодеятельность плюс труд, но специфический, похожий на игру) и общения [3].
По мнению многих исследователей, ключевым моментом в учебной
деятельности является самодеятельность. Она рассматривается в связи
с основным внутренним (личностнозначимым) мотивом учения. В.Ф.
Моргун определил её как «определенную» (цель), осознанную (интерес),
зафиксированную (установка) потребность в достижениях. Предмет
достижения этой потребности – присвоение знаний, научных понятий
и способов социальнопредметных действий с ними, активная интериоризация которых приводит к совершенствованию и самосовершенствованию учащихся как личностей» [104, с.31].
Под мотивом учебной деятельности (учения) мы понимаем внутреннюю
(личностно<значимую) причину, побуждающую к учебной деятельности
разного содержания и характера в соответствии с её личностным смыслом,
как исходный вектор учения.
П.М. Якобсон выделил три различных типа мотивации учения [174]:
1. Мотивация, которая может быть условно названа «отрицательной».
Под «отрицательной» мотивацией подразумеваются побуждения учащихся, вызванные осознанием определенных неудобств и неприятностей,
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
которые могут возникнуть, если он не будет учиться. Это могут быть
неприятности, связанные с необходимостью пройти обязательное обучение (напоминания, укор, выговоры, угрозы родителей и окружающих,
осознание своего неравноправного положения среди более грамотных
сверстников и т.п.). Мотивация учения, находящаяся вне самой учебной
деятельности, связанная с неприятными переживаниями, вызванная
побуждением выбрать из ряда неприятностей «наименьшее зло». Мотив
посещения учебного заведения не связан с потребностью получения
знаний или с целью личностного престижа. Этот мотив необходимости
не может привести к успехам в учении, и результат деятельности часто
оказывается плачевным.
2. Мотивация, которая также связана с внеучебной ситуацией, но
имеющая, однако, положительное влияние на учение. Это мотивация,
которая связана с гражданскими и моральными установками обучаемых, с их жизненными перспективами. Такая установка к учению, если
она достаточно устойчивая и занимает существенное место в личности
учащегося, делает учение не просто нужным, но и привлекательным,
дает силы для преодоления трудностей, для проявления терпения,
настойчивости, усидчивости. Однако, если в процессе учения эта
установка не будет подкреплена ещё и другими мотивирующими
факторами, то она не обеспечит оптимального эффекта, поскольку
привлекательностью обладает не сама деятельность, а лишь то, что
связано с нею.
Другая форма рассмотренной положительной мотивации сильно
отличается от первой, так как определяется не широкосоциальными
побуждениями (приносить пользу стране, гражданский долг перед дорогими людьми, найти место в жизни и т.п.), а узколичными мотивами
(интересами). Процесс учения при этом воспринимается как дорога к
личному благополучию. Наряду с этим при отсутствии интереса к учению
есть стремление к высоким оценкам (безразлично, какими путями они
получены), к аттестату, диплому и т.д. А это приводит к формализации
учения, недобросовестным действиям и, нередко, к плохим поступкам.
3. Мотивация, заложенная в самом процессе учебной деятельности,
побуждает учиться, овладевать определенным кругом знаний, умений и
навыков, сам процесс приобретения знаний. В основе стремления овладевать знаниями лежат любознательность, неудержимая потребность
познания. Учащийся получает удовольствие от роста своих знаний при
освоении нового материала, мотивация учения отражает устойчивые
познавательные интересы.
В соответствии с вышеизложенным П.М. Якобсон, Л.И. Божович,
А.К. Маркова и др. группируют мотивы учения на социальные и познавательные (см. табл. 1.1.1) [19, 94, 174].
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1.1.1
Группировка мотивов (по П.М. Якобсону и др.)
В работах психологов часто можно встретить понятие «мотивационная сфера личности». Р.С. Немов определяет это понятие как «всю
имеющуюся у человека совокупность мотивационных образований:
диспозиций (мотивов), потребностей и целей, аттитюдов, поведенческих
паттернов, интересов [106].
Мотивационная сфера учения, по А.К. Марковой, определяется [93]:
– характером и сформированностью компонентов учебно4познавательной деятельности (учебной задачи, учебных действий, самооценки,
самоконтроля);
– взаимодействием ученика с учителем и другими учениками;
– смыслом учения для обучаемого (обусловленного его идеалами);
– характером мотивов учения;
– зрелостью целей (связанной с различной способностью целеполагания ученика в учебной деятельности);
– особенностями эмоций (успеха – неуспеха), сопровождающих
процесс учения;
– наличием познавательного интереса как интегрированной формы
проявления всех сторон мотивационной сферы.
В.Г. Асеевым выделены два механизма формирования мотива.
Первый заключается в специально создаваемых условиях учебной
деятельности и взаимоотношений, которые избирательно актуализируют отдельные ситуативные побуждения. Эти побуждения при систематической актуализации переходят в устойчивые мотивационные
образования. По этому механизму развитие осуществляется «снизу
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вверх». Второй механизм – «сверху вниз» – заключается в усвоении
обучаемым предъявляемых ему в готовой форме целей, побуждений,
идеалов и ориентиров, которые по замыслу воспитателя должны у
него сформироваться и которые сам воспитуемый должен постепенно
превратить из внешнепринимаемых во внутреннепринятые и реально
действующие [6, 135, с.73, 161, с.188].
Эти механизмы хорошо согласуются с рассмотренными ранее экстринсивной и интринсивной видами мотивации.
В отечественной психологии наиболее известный опыт создания
целостной психологодидактической программы формирования мотивов учения принадлежит психологам А.К. Марковой, Т.А. Матис, П.М.
Фридману, А.Б.Орлову [94, 95]. Систематизирующим фактором этой
программы является целостная логика звеньев учебного процесса. В
качестве основных её компонентов выступают:
приемы деятельности учителя;
специальные задания на уточнение отдельных сторон мотивации;
дифференцированный подход к мотивационным возможностям разных этапов урока (формирование исходных мотивов, этап подкрепления и
усиления возникших мотивов, этап закрепления).
А.К. Маркова отмечает, что мотив учения сам по себе, стихийно, не
возникает, а формируется в ходе самой учебной деятельности, поэтому
важно, как эта деятельность осуществляется.
А.К. Маркова и соавторы выделяют следующие основные факторы,
влияющие на формирование положительных устойчивых мотивов к
учению:
содержание учебного материала;
организация учебной деятельности;
коллективные формы учебной деятельности;
оценка учебной деятельности;
стиль педагогической деятельности учителя.
Содержание обучения выступает для учащихся в первую очередь в
виде той информации, которую они получают от учителя, из учебной
литературы, при помощи мультимедиасредств и т.п. Однако сама по
себе информация вне учета потребностей подростка не имеет для него
какоголибо значения, а следовательно, не побуждает к учебной деятельности. Мотивационное влияние может оказывать лишь такой учебный
материал, информационное содержание которого соответствует наличным и вновь возникающим потребностям ребёнка. Таковыми являются:
потребность в постановочной деятельности, в упражнении отдельных
функций (памяти, мышления, воображения и т.п.), потребность в новых
впечатлениях, в эмоциональном насыщении, потребность в рефлексии и
самооценке и др. Для этого содержание учебного материала должно быть
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
доступно учащимся, должно исходить из имеющихся у них знаний и опираться на них и на жизненный опыт обучаемых, но в то же время материал
должен быть достаточно сложным и трудным. Информационно бедный
материал не обладает мотивационным эффектом и мотивирующей силой. Важно показать, что имеющийся у каждого ученика жизненный
опыт часто обманчив, противоречит научно установленным фактам;
объяснение наблюдаемых явлений природы придаст новому материалу
значимый смысл, разовьет потребность в научном познании мира.
Таким образом, содержание учебного материала, повидимому, должно быть максимально интегративным.
Содержание учебного материала усваивается учащимися в процессе
учебной деятельности. Отношение школьников к собственной деятельности определяется в значительной степени тем, как учитель организует
их учебную деятельность, какова её структура и характер. А.К. Маркова и
др. отмечают, что изучение каждого раздела или темы учебной программы
должно состоять из трех основных этапов:
1. Мотивационный этап – это этап осознания учащимися, почему и для
чего им нужно изучать данный раздел (тему), что именно им предстоит изучить
и усвоить, какова основная учебная задача предстоящей работы. Этот этап
обычно включает следующие учебные действия:
– создание учебнопроблемной ситуации, вводящей учащихся в содержание предстоящей темы;
– формулировка основной учебной задачи как итога обсуждения проблемной ситуации;
– самоконтроль и самооценка возможностей по изучению данной темы.
2. Операционно*познавательный этап – этап усвоения школьниками учебной темы и овладевания ими действиями и операциями (умениями) в связи
с её содержанием. Роль данного этапа в создании и поддержании мотива к
учению. Цель данного этапа не в рассуждениях об учебе, её важности и пользе,
а в увлечении учащегося учебной деятельностью.
3. Рефлексивно*оценочный этап – этап анализа проделанного, сопоставления достигнутого с планируемым, оценки работы. Цель этапа – научить
школьников рефлексировать собственную учебную деятельность. Роль данного этапа в своеобразном «подкреплении» учебной мотивации, что приведет
к устойчивости формируемых мотивов.
Известно, что во многих случаях групповая форма учебной деятельности создает лучшие условия для мотивации, чем индивидуальная.
Групповая форма «втягивает» в активную работу даже пассивных, слабо
мотивированных учащихся, так как ученик не может отказаться выполнять свою часть работы, не подвергнувшись моральной обструкции со
стороны товарищей, а их мнением, уважением он, как правило, дорожит
зачастую даже больше, чем мнением учителя.
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Мотивирующая роль оценки результатов учебной деятельности не
вызывает сомнения. Однако для формирования положительных устойчивых мотивов учения важно, чтобы главным в оценке работы учащихся
был качественный анализ этой работы, подчеркивались положительные
моменты продвижения школьника в освоении учебного материала и
выявлялись причины неудач, а не только констатировалось их наличие.
Этот качественный анализ должен направляться на формирование у
обучаемых адекватной самооценки своей работы, её рефлексии. В то
же время принижать мотивирующую роль балльного оценивания при
существующей системе школьного образования не стоит, так как плохо
это или хорошо, но отметки имеют юридическую силу.
Различные стили педагогической деятельности педагогов формируют
разные мотивы учебной деятельности школьников. Авторитарный стиль
определяет «внешнюю» (экстринсивную) мотивацию учения и угнетает
«внутреннюю» (интринсивную) мотивацию учебной деятельности подростков. Демократический стиль педагога, наоборот, способствует интринсивной мотивации; а либеральный (попустительский) стиль тормозит
мотивацию учения и формирует мотив «надежды на успех» [44].
В качестве основных методов и средств формирования мотивов учения М.С. Пак выделяет следующие [117]:
1. Актуализация сложившихся мотивов, смыслов учения и эмоций.
2. Формирование приёмов целеобразования.
3. Осознание рождения нового мотива.
4. Придание мотиву новых характеристик.
5. Анализ мотивов и целей учения.
М.С. Пак предлагает использовать данные методы и средства через
систему познавательных заданий на уроках химии. Такой подход к мотивации вполне оправдан и может быть использован в педагогической
практике, но эффективность его будет выше, если использовать учебные
задания проблемного характера, и лучше весь учебный процесс построить
на создании и решении проблемных ситуаций в разных формах.
Я. Корчак писал, что ребенок не готовится к жизни, а живет [55]. С
этой позиции, повидимому, и нужно рассматривать проблему мотивации учения. Смысл учения не должен заключаться только в том, что
полученные знания будут востребованы учеником позже во «взрослой
жизни». Приобретаемые знания и умения должны быть актуальны
сегодня, потому что «здесь и сейчас» школьник приобщается к современной культуре, познает мир, получает образование [151]. Последнее
составляет основу не только для выбора профессии, но и для формирования активной гражданской позиции, свободы выбора личности, в
основе которого сегодня непременно должны быть образованность и
осведомленность.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«Цель человеческой жизни – самоосуществление, вбирает в себя процессы саморазвития, самопознания, самоопределения, самореализации»
[129, с.28]. Следовательно, одним из основных принципов мотивации
учения должно стать положение: саморегуляция – основа образования.
На основании вышеизложенного можно выделить следующие важнейшие факторы (условия), способствующие формированию у школьников положительного мотива к изучению химии:
осознание ближайших и перспективных целей изучения предмета;
наличие интегратора в содержании учебного материала;
эмоциональная форма изложения интегративного учебного материала на основе создания и решения проблемных ситуаций;
обеспечение интеграции знаний при решении комплексных проблем;
применение предметных знаний для объяснения явлений, наблюдаемых в личном жизненном опыте;
осознание теоретической и практической значимости усваиваемых
знаний и умений;
применение предметных знаний в нестандартных условиях для решения проблем из внешне далеких сфер жизни (истории, археологии и др.);
выбор доступных и в то же время достаточно трудных учебных
заданий, создающих проблемные ситуации в структуре учебной деятельности;
акцентирование внимания учащихся на содержании применяемых
логических операций;
показ химического языка, средств химической символики и графики в многообразии их функций;
работа с научными терминами как частью общенаучных знаний,
показ «перспективных линий» в развитии научных понятий;
включение обучаемых в исследовательскопрактическую деятельность;
относительная автономия подростка в организации собственной
деятельности (дифференциация познавательных заданий, выбор формы
участия в учебном мероприятии, форма ведения записей в тетради);
акцентирование личностных перспектив развития целостной системы знаний;
наличие «познавательного психологического климата» в учебной
группе.
1.2. Основы интегративного подхода к обучению школьников
«Интеграция (лат. Integratio – восстановление, восполнение, от integer
– целый) – понятие, означающее состояние связанности отдельных дифференцированных частей и функций системы в целое, а также процесс,
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ведущий к такому состоянию». (Естествознание: энциклопедический
словарь/сост. В.Д. Шолле. – М.: Большая Российская Энциклопедия,
2002. – 543 с.).
«Интеграция – это объединение в целое какихлибо частей элементов»
(Словарь иностранных слов. М.: Русский язык, 1987, с.196), (Н.И. Кондаков. Логический словарьсправочник. М.: Наука, 1975, с. 595).
«Интеграция – это сторона процесса развития, связанная с объединением в целое ранее разрозненных частей и элементов… Эти процессы
могут иметь место как уже в сложившейся системе (в этом случае они
ведут к повышению уровня её целостности и организованности), так и
при возникновении новой системы из ранее несвязанных элементов».
(Философский энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1983. – 710 с.).
«Интеграция – это результат процесса объединения, т.е. состояния
гармонической уравновешенности, упорядоченного функционирования
частей целого». (Социологический словарь/Сост. А.Н. Елсуков,
К.В. Шульга. – 2е изд., Минск: Университетское, 1991. – 528 с.).
Понятия «интегративный подход», «интегративное занятие» непосредственно связаны с проблемой интеграции наук и интеграции в обучении.
Резкий рост научного интереса к проблеме интеграции наук, научных знаний
в отечественной литературе отмечается в 80х годах прошлого столетия. В
это время появляется множество концепций, описывающих различные
формы, типы, ступени, стадии, механизмы, уровни интеграции наук. Так,
М.Г. Гольдфельд в своей работе «Химическая картина природы и межпредметные связи в курсе химии» (журнал Всесоюзного химического общества
им. Д.И. Менделеева. Т. XXVIII. 1983. №5, с. 1728.) пишет: «Интеграция
естественных наук на основе их математизации, взаимопроникновения, стирания границ между отраслями естествознания путём создания множества
пограничных областей на стыке двух, а иногда и трёх, наук и заполнение,
таким образом, существующих ранее белых пятен в общей картине мира
– такова генеральная тенденция современного естествознания».
Наиболее цельная концепция интеграции и взаимодействия наук
принадлежит Б.М. Кедрову [49]. В эволюции проблемы взаимодействия
наук автор выделяет 5 аспектов углубляющегося синтеза наук в процессе
их исторического развития:
1) от дифференциации к интеграции наук;
2) от координации (принцип основан на внешнем соположении
наук) к субординации наук (принцип состоит в признании внутренне
обусловленных переходов между ними);
3) от субъективности к объективности в основании наук (связь
наук при объективном обосновании понимается как отражение общей
взаимосвязи форм движения материи);
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4) от изолированности к междисциплинарности;
5) от однолинейности к разветвлённости во взаимосвязях наук.
В современном и перспективном развитии наук Б.М. Кедров выстраивает определённую последовательность следующих тенденций:
– от замкнутости наук к их взаимодействию (если раньше каждая
наука изучала свой объект, то теперь каждая наука может обращаться к
различным объектам и один объект может изучаться различными науками
с разных сторон);
– от одноаспектности наук к их комплексности (так как усиление
связи между науками ведёт к образованию слитных комплексов);
– от сепаратизма к глобальности в научном развитии (так, решение глобальных проблем – изучение космоса, окружающего мира,
проблемы здоровья и долголетия людей, их пропитания – требует
участия всех наук без исключения с разными акцентами в каждом
конкретном случае);
– от функциональности к субстратности;
– от множественности наук к единой науке.
По суждениям Б.М. Кедрова, процессы интеграции наук опираются
прежде всего на комплексный метод – конкретный вариант общего
метода диалектики.
В качестве основных черт комплексного подхода О.М. Сичивица
выделяет следующие [142]:
– целостное рассмотрение;
– выделение главного фактора и группировка вокруг него;
– явление высшей ступени развития данного объекта и её соотношения с низшими ступенями;
– раскрытие взаимосвязи внутренней и внешней сторон объекта;
– нерасторжимость общего и частного при движении от общего к
частному и от частного к общему при получении и обосновании теоретических выводов и построений.
Таким образом, комплексный подход исходит из взаимодействия
как между объектами, так и между составными частями, сторонами и
элементами объектов и весьма тесно связан с интеграцией (интегративным подходом). В комплексном подходе акцент переносится на особое
междисциплинарное «видение» деятельности, направленное на познание
«объекта» [121].
О.М. Сичивица выделяет 4 формы интеграции научного знания
[142]:
1) общие теории;
2) комплексные науки;
3) системы наук;
4) научные конгломераты.
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Используя принятое в методологии различение объекта и предмета
научных исследований, О.М. Сичивица считает, что для общей теории
характерна интеграция знаний по предмету, для комплексных наук – по
объекту, а в системах взаимосвязанных наук переплетены оба этих типа
интеграции. Научный конгломерат образован только за счёт единства
предметной области. Поэтому ему недостаёт внутреннего теоретического
(концептуального) единства, связывающего составляющие его компоненты в некое целое.
В отличие от О.М. Сичивицы М.К Петров выделяет только два типа
интеграции научного знания [46]:
1) горизонтальноэмпирический тип – синтез наличного эмпирического научного знания для решения различного рода задач;
2) вертикальнометодологический тип – форма объяснения нового
с опорой на имеющиеся объяснённые и признанные научные знания.
Интеграция знаний по предмету ведёт к построению унифицированного единого языка, общего для различных отраслей знаний.
Интеграция знаний по объекту ведёт к образованию комплексной
науки.
Таким образом, взаимодействие (интеграция) различных дисциплин
может привести к следующим результатам:
1) ассимиляция средств базовой науки со стороны соучаствующей
в интеграции науки;
2) синтез взаимодействующих наук на основе одной из них;
3) формирование новой интегративной науки.
А.Д. Урсул, В.С. Готт, Э.П. Семенюк выделяют 10 типов интеграции
научного знания [156]:
1) редукционизм – сведение неизвестного к известному и сложных
явлений к более простым;
2) генерализирующая интеграция – обобщение через абстрагирование новой фундаментальной теории;
3) экстенсивная интеграция – форсирование вокруг фундаментальной теории частных теорий;
4) комплементарная интеграция – появление конкурирующих
теорий с их последующим синтезом;
5) структурная интеграция – движение от сущности первого порядка к более глубоким сущностям;
6) методологическая интеграция – использование методов одной
науки в других науках;
7) концептуальная интеграция – использование понятий и принципов заимствованных из предшествующих теорий;
8) метанаучная интеграция – осуществление через общенаучные
приёмы, методы, закономерности познания;
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9) комплексирующая интеграция – применение комплекса наук
при решении какойлибо социальной, технологической или технической
проблемы;
10) социокультурная интеграция – взаимодействие социокультурных
факторов.
Из вышеизложенного следует, что интеграционные процессы в науке
обусловлены не только сугубо научными факторами, но и социальными
запросами. Таким образом, одной из ведущих тенденций в современной
науке признана идея интеграции, которая обусловлена комплексным
характером всех важнейших проблем современности: энергетической,
продовольственной, экономической, экологической, сырьевой, транспортной и др.
Интеграционные процессы науки, являющейся основой формирования содержания образования, постепенно и упорно находят своё
закономерное отражение в обучении.
На необходимость интеграции в обучении в разное время делали
акцент А.П. Беляева, М.Н. Берулава, В.П. Гаркунов, Ю.К. Дик, И.Д. Зверев, Н.Е. Кузнецова, В.Н. Максимова, А.А. Пинский, В.В. Усанов и др.
Великий дидакт Я.А. Коменский писал: «Всё, что находится во взаимной
связи, должно преподаваться в такой же связи» [53, с.287]. Также ценны
и современны суждения К.Д. Ушинского о формировании целостных
представлений об окружающем нас материальном мире, о связи между
предметами на основе ведущих идей и общих понятий. Он считал, что
обособленность знаний приводит к омертвлению идей, когда «они лежат
в голове, как на кладбище, не зная о существовании друг друга» [158].
Е.Ю. Сухаревская так определяет интеграцию в обучении [149]:
«Интеграция – это подчинение единой цели воспитания и обучения
однотипных частей и элементов содержания, методов и форм в рамках
образовательной системы на определённой ступени обучения (дошкольной, начальной, средней, старшей)».
Е.Ю. Сухаревская выделяет несколько значений интеграции в обучении [149]:
– создание у школьника целостного представления об окружающем
мире (интеграция – цель обучения). Результат – целостные знания;
– нахождение общей платформы сближения предметных знаний
(интеграция – средство обучения);
– интеграция как результат развития учащихся. Установление связей
между различными формами мыслительных процессов и предметным
действием обеспечивает целостность деятельности учащихся, её системность.
В 1970–1980 гг. известные дидакты и методистыхимики В.П. Гаркунов, Д.П. Ерыгин, И.Д. Зверев, Д.М. Кирюшкин, Н.Е. Кузнецова,
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В.Н. Максимова, П.Г. Кулагин, Е.Е. Минченков, Л.А. Цветков и др. в
качестве способа реализации интеграции в обучении рассматривали
межпредметные связи [29, 90, 38, 59, 61 и др.].
И.Д. Зверев, В.Н. Максимова концентрируют внимание на межпредметных связях как общепедагогической категории, обеспечивающей
единство обучения и воспитания, как конструктивном принципе, общем
для всех компонентов учебного процесса: содержания методов и организационных форм. Они рассматривают межпредметные связи как одну
из конкретных форм принципа системности, который детерминирует и
формирует особый тип мышления – системный [38].
Подход к решению проблемы межпредметных связей, предложенный
И.Д. Зверевым и В.Н. Максимовой, опирается на идею целостности
процесса обучения (единство целей, содержания, средств, методов и
организационных форм).
Весьма ценно, на наш взгляд, определение этими исследователями
иерархии значений дидактической категории межпредметных связей в
зависимости от аспектов их изучения. Авторы выделяют пять аспектов
изучения межпредметных связей:
1) философский аспект – межпредметные связи как дидактическая
форма всеобщего принципа системы;
2) общепедагогический аспект – межпредметные связи как условие
и средство комплексного подхода к воспитанию и обучению;
3) дидактический аспект – конструктивная функция межпредметных связей как дидактический принцип преобразования взаимодействия
в системе «учитель – процесс обучения – ученик»;
4) методический аспект – межпредметные связи как условие и средство совершенствования обучения отдельным учебным предметам;
5) психологический аспект – формирующая функция межпредметных связей как фактор обобщения знаний и способ учебнопознавательной
деятельности ученика.
Научную значимость представляют предпосылки теоретических
основ межпредметной интеграции в обучении химии. Такими предпосылками являются теоретические положения, сформулированные В.Н.
Максимовой и И.Д. Зверевым [38]:
– об осуществлении межпредметных связей в содержании обучения;
– о межпредметных связях в учебном процессе;
– о влиянии межпредметных связей на формирование мотивов
учения.
Авторы обобщили исследования по классификации межпредметных
связей.
В.И. Максимова и И.Д. Зверев внесли огромный вклад в развитие интеграционных представлений в обучении, но идею межпредметных связей
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
они рассматривали в контексте системного и комплексного подходов, не
выделяя интегративный. Также не была ими исследована возможность
выделения единого компонента, на основе которого реализовались бы
межпредметные связи на протяжении всего курса обучения.
Ведущей идеей обучения в современных условиях определили межпредметную интеграцию Н.Е. Кузнецова и М.А. Шаталов, а механизмом
её осуществления – межпредметные связи [59, с.11].
Авторы значительно расширили и конкретизировали учение о
межпредметных связях в УВП, разработанное В.Н. Максимовой и
др. Практическим приложением идеи межпредметной интеграции
Н.Е. Кузнецова и М.А. Шаталов определили принцип межпредметности – принцип обучения, который ориентирует на целенаправленное и
систематическое применение межпредметных связей в образовательной
практике школы для эффективного достижения целей и решения задач
обучения.
Учёные выделили этапы реализации идеи межпредметной интеграции (целевой, содержательный, процессуальнодеятельностный,
организационноуправленческий и результативнооценочный) и охарактеризовали их с позиции деятельности педагога. Так, при рассмотрении
процессуальнодеятельностного этапа авторы отмечают: «В период, пока
внутрипредметные знания ещё не сформированы в должном объёме,
школьники обучаются переносу знаний и умений из смежных предметов.
По мере изучения курса химии межпредметная интеграция становится
средством приобретения предметных знаний и способов действий, их
объединения со знаниями промежуточных предметов в единую систему
естественнонаучных представлений об окружающем мире. При этом
формированию обобщённых учебных и общепредметных знаний способствует вовлечение школьников в процесс раскрытия и установления
причинноследственных зависимостей, существующих на внутрипредметном и межпредметном уровне» [59, с.15].
Особого внимания заслуживает выделяемый Н.Е. Кузнецовой и
М.А. Шаталовым способ формирования системы общепредметных знаний
– постановка и решение общепредметных комплексных проблемных задач.
Авторы разработали методическую систему проблемного обучения на основе
межпредметной интеграции и условия её реализации [61].
Проблемноинтегративное обучение – это обучение, в котором
приобретение, закрепление и применение знаний и способов действий
происходит одновременно с их интеграцией в процессе решения учебных
проблем [59, с.8].
На интегративность проблемных ситуаций в обучении указывали
В.П. Гаркунов, М.И. Махмутов, В.Н. Максимова и др. В.Н. Максимова
ввела в педагогическую практику понятия [91, с.7172]:
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Межпредметная учебная проблема – учебная проблема, охватывающая содержание ряда учебных предметов и предполагающая его
использование в процессе решения.
Межпредметная комплексная учебная проблема – форма отражения
логикопсихологического противоречия процесса усвоения в предметной
системе обучения, реализующего межпредметные связи, объединённые
общепредметной идеей и нацеленные на достижения единства их образовательных, развивающих и воспитывающих функций.
Таким образом, решение учебных проблем невозможно без использования интеграционных процессов, т.к. проблема всегда интегративна.
Поэтому проблемность, повидимому, лучше рассматривать как дидактический принцип интегративного подхода.
Н.Е. Кузнецова, М.А. Шаталов определили содержание обучения
химии как основы реализации принципа межпредметности, в котором
выделили следующие компоненты [59, с.17]:
– основы химической науки;
– система умений и навыков;
– опыт самостоятельного и творческого познания окружающей
действительности и применения знаний на практике;
– система ценностей: природа, человек как часть природы, химическое образование и т.д.
По нашему мнению, можно выделить в качестве самостоятельного
и взаимосвязанного с другими ещё один компонент – систему знаний,
включающую знания об объектах окружающего мира; знания о языках
(предметных, машинном, алгоритмическом и др.); знания о методах познания; знания теорий, законов, закономерностей смежных наук; знания
о технологии важнейших производств; знания о социально значимых
проблемах; мировоззренческие и оценочные знания.
По суждению Т.К. Александровой [1], умение представляет собой единицу учебной деятельности, в которой отражены её содержательная и операционная стороны. Она считает, что формирование умений сопряжено с
формированием мотивов, системы знаний и способов действий и обращает
особое внимание на роль межпредметных связей в учебной деятельности
по формированию межпредметных умений. Межпредметные умения связаны с обобщённым характером познавательной деятельности ученика и
представляют собой разновидность обобщённых умений с межпредметным
уровнем развития. Межпредметные умения образуются на стыке различных учебных предметов и выражают способность ученика создавать новые
знания на основе синтеза знаний и умений из разных учебных предметов
при решении комплексных межпредметных проблем.
Т.К. Александрова выделяет следующие виды межпредметных
умений:
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1) умение систематизировать знания из разных предметов об определённом объекте, явлении;
2) умение практически применять знания из разных предметов при
выполнении графических и расчётновычислительных задач;
3) умение объяснять причинноследственные связи между явлениями;
4) умение комплексной многосторонней характеристики объекта;
5) умение кодирования и декодирования информации при помощи
химического и других предметных языков;
6) умение конструировать и применять структурно и функциональноподобные модели химических объектов макро и микромира;
7) умение осуществлять перенос знаний в новые нестандартные
ситуации;
8) умение комплексного решения проблемных ситуаций.
Т.К. Александрова выделяет 4 этапа формирования межпредметных
умений:
1. Пропедевтический; на этом этапе выявляются и укрепляются фонд
предметных знаний и умений учащихся, способность к актуализации знаний в ситуациях, требующих использования межпредметных связей.
2. Формирование умения обобщать и систематизировать знания из разных предметов, использовать их для объяснения причинноследственных
связей.
3. Формирование более сложных межпредметных умений для объяснения причины и следствия в разных явлениях.
4. Заключительный; связан с выявлением результата работы по формированию межпредметных умений, их закрепления путём решения
познавательных задач по восходящему уровню сложности.
Наиболее цельно и полно методология, теория и методика интегративного подхода к обучению химии раскрыты в работах М.С. Пак [115,
119, 120 и др.].
Интегративный подход М.С. Пак определяет как методологический
подход со своеобразной (объединяющей, системообразующей и синтезирующей) «призмой видения» всего учебно<воспитательного процесса, в
основе которого объединение множества ранее разобщённых компонентов
в системное образование, обладающего целостными свойствами и закономерностями [120, с.7].
Интегративный подход имеет много общего как с системным, так и
с комплексным подходами. Г.Ф. Федорец рассматривает интегративный
подход как специфическую форму конкретизации системности и комплексности [159].
Принципиальное сходство между интегративным и системным
подходами состоит в целостном видении и реализации объекта. Инте28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
гративный подход обеспечивает системное построение всего процесса
обучения при целостности всех его основных компонентов, единстве
содержания и процесса обучения, целостном взаимодействии всех
субъектов обучения, процессов преподавания и учения, достижении
системных и обобщённых результатов, интегральном решении задач
воспитания, обучения и развития. Сходство между интегративным и
комплексным подходами состоит в многообразном и междисциплинарном видении и реализации средств обучения и воспитания. Преимущества интегративного подхода перед системным и комплексным заключаются в оптимальном сочетании в нём существенных характеристик
системного и комплексного подходов, поскольку интегративный подход
– это форма целостного проявления системности и комплексности (см.
табл. 1.2.1) [120, с.9].
М.С. Пак определены следующие ключевые понятия [120]:
– «Интеграция» – процесс формирования целостности из множества
ранее разобщённых одно и разнородных компонентов (целей, содержания, методов, средств, форм, языка, учебных предметов, методик,
идей и др.);
– «Интеграция в обучении» – процесс формирования целостного
образования, проявляющийся через диалектическое единство с противоположным ему процессом расчленения, с дифференциацией (интеграция и дифференциация содержания не сосуществуют друг с другом и
Таблица 1.2.1
Сравнительная характеристика методологических подходов
(по М.С. Пак)
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
не следуют одна за другой, а проявляются одна в другой и через другую,
взаимообусловливая, взаимопредполагая и одновременно взаимоотрицая
друг друга);
– «Интеграция содержания обучения» – процесс и результат формирования целостности знаний, способов и видов деятельности, а также
ценностных отношений;
– «Интегративность (<ый, <ое, <ая…)» – состояние целостного образования;
– «Интегральность (<ый, ое, ая…)» – свойство целостного образования;
– «Интегрированность (ый, ое, ая…)» – результат интеграции;
– «Интеграционность (<ый, <ое, <ая…)» – процесс закономерной, непрерывно последовательной смены следующих друг за другом моментов
формирования и развития целостного образования из множества разобщённых ранее компонентов.
В структурнофункциональной модели интегративного подхода в
обучении М.С. Пак выделяет три необходимых и достаточных компонента [120]:
– предметный компонент – связан с вопросом: «Что интегрируется?»
(ответ на этот вопрос не может быть однозначным, поскольку обучение
– сложный многозвенный и многофакторный процесс. Интегрировать
в целостное образование можно цели и задачи, компоненты содержания
обучения, структурные компоненты методики и др.);
– функциональный компонент – раскрывает интегративный подход
с процессуальной стороны;
– исторический компонент – связан с вопросами происхождения
целостного образования и перспективы его развития.
Важнейшими функциями интегративного подхода, по мнению
М.С.Пак, являются:
а) методологическая (формирование целостности знаний, умений,
отношений, мировоззрения, интегративного стиля мышления);
б) формирующая (образовательная, воспитывающая, развивающая);
в) интегрирующая (объединяющая, системообразующая, синтезирующая, конструктивномоделирующая);
г) проектировочная (планирование интегральных целей и задач,
интегративного методического обеспечения, отбор целостного содержания);
д) прогностическая (предвидение интегративных результатов).
В качестве важнейших методологических закономерностей интеграционных процессов М.С. Пак выделяет следующие:
– системообразующая логика интегративного предмета химии;
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– материальное единство природных и синтетических веществ;
– взаимосвязь между составом, строением и свойствами веществ и
их применении в технике и технологии;
– целостность изучения химических и других объектов познания;
– взаимообусловленность интеграционных процессов и методической системы в целом.
Из закономерностей интеграционных процессов и закономерностей
обучения в целом вытекает система бинарных способов интегративного
подхода. Под способом интегративного подхода в обучении, вслед за
М.С. Пак, следует понимать совокупность взаимосвязанных действий
преподавателей и учащихся, которая ориентирована на достижение
целостных результатов обучения (системных знаний, интегративных
умений, интерсоциальных свойств личности). Бинарность способов
интегративного подхода означает, каждому способу в преподавании соответствует адекватный способ в учении. Бинарным соответствуют методы
интеграции (способы достижения той или иной формы интеграционного
процесса) (см. табл. 1.2.2).
Таблица 1.2.2
Основные методы интеграции (по М.С. Пак)
«Об интегративном подходе в обучении можно говорить лишь в
том случае, – пишет М.С. Пак [120], – если все компоненты процесса
обучения целостно взаимосвязаны и каждый из них приобретает интегративный характер».
В работах М.С. Пак выделены важнейшие принципы, на которых
строится интегративный подход [115, с.62]:
1. Оптимизации – выбор и реализация оптимального варианта обучения.
2. Многоуровневости – вытекает из многообразия уровней проявления интеграционных процессов, по степени завершённости (межпредметные связи, конгломерация, синтез) (см. рис. 1.2.1).
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1.2.1. Структура интеграционных процессов (по М.С. Пак)
Уровни межпредметных связей и конгломерации можно рассматривать как незавершённую стадию, а синтез – как завершённую стадию
интеграции. На стадии незавершённой интеграции реализуются такие
процессы – координация компонентов содержания учебных предметов,
заимствование терминов, кооперация, комплементарность, экстраполяция, а на завершённой стадии (синтез) – процессы углубления, конденсации, гибридизация; по ёмкости предметного содержания (внутрипредметная интеграция, межпредметная интеграция, методологический
синтез) (см. рис. 1.2.2).
3. Многоаспектности – обусловлен участием разных наук (философии, психологии, педагогики и др.) в изучении данного явления.
4. Единства интеграции и дифференциации – проявляется в противоречивой структуре содержания образования.
5. Преемственности – возможность и необходимость дальнейшего
образования и самообразования.
Важное место в методической системе занимает механизм интеграции
содержания. Механизм (от греч. mechane – орудие, машина), в определении М.С. Пак, – это система взаимосвязанных звеньев, целесообразно
и последовательно реализуемых для осуществления интеграционных
процессов.
М.С. Пак выделяет следующие этапы реализации интеграционных
процессов [115, с.7879]:
1. Прединтегративный этап, обеспечивающий такие условия для
интеграции, как существование структурно упорядоченного учебного
материала и наличие в нём функционально связанных, дидактически
и социально значимых компонентов содержания. Выделение синтезирующего и системообразующего интеграционного центра (интегратора). Для создания этих необходимых и достаточных для интеграции условий на этом этапе осуществляется дидактический анализ
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1.2.2. Уровни функционирования интегративного подхода
в обучении химии (по М.С. Пак)
содержания, структурные компоненты которого затем подвергаются
интегрированию.
2. Интегративный этап, включающий несколько взаимосвязанных
стадий:
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а) механизм внутренней интеграции состоит из:
– абстрагирования из структурно упорядоченного учебного материала общих и функционально связанных объектов изучения (начальных
фактов, понятий, теорий и др.);
– их дальнейшего объединения на основе взаимосвязи, взаимопроникновения, взаимодействия и синтеза посредством интеграционного
центра (интегратора);
– обобщения и систематизации функционально связанных компонентов путём раскрытия их сущности и структурносистемной взаимосвязи;
б) механизм межпредметной интеграции реализуется посредством:
– дидактического анализа учебных материалов;
– абстрагирования из дифференциальных систем знаний и умений
общих и функционально связанных, а также дидактически и социально
значимых объектов изучения;
– их дальнейшего обобщения и комплектования;
– уплотнения и концептуального синтеза путём конгломерации,
экстраполяции, гибридизации;
– систематизации (упорядочения) интегрированных компонентов
содержания посредством интеграционного центра (интегратора).
3. Постинтегративный этап, характеризующийся образованием общей интегративной системы знаний и умений.
Из всего вышесказанного следует, что в качестве основных способов
интеграции в школьном курсе химии можно принять следующие:
1) комплексное планирование и интегративное решение задач обучения школьников химии;
2) выделение дидактически и социально значимого содержания обучения (инвариантного и вариативномодульного);
3) создание условий целостного усвоения учебного материала обучаемыми;
4) интеграция структуры урока, обеспечивающей реализацию целостного содержания и оптимальных методов;
5) интеграция и реализация комплекса наиболее эффективных методов и средств обучения, стимуляции и контроля;
6) интеграция оптимальных форм обучения;
7) создание рационального временного режима и темпа обучения
посредством интеграции содержания и методических средств преподавания химии в школе;
8) мониторинг интегрированных результатов обучения (системных
знаний, обобщённых умений и т.п.);
9) интеграция благоприятных условий для обучения (учебноматериальных, гигиенических, моральнопсихологических, эргономических,
эстетических).
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При интегративном подходе в методике обучения должны быть реализованы активные методы и формы, оптимальные средства обучения,
интегрирующие знания и способы деятельности, относящиеся к разным
наукам, побуждающие к умственной самостоятельности, к творческому
поиску, формирующие интегральный стиль мышления.
Интегральный стиль мышления, по Е.О. Галицких [23, с.128], – это
качественно новый, сформированный образованием процесс познавательной
деятельности ученика, характеризующийся целостностью и целесообразностью, личностно<индивидуальным характером отражения действительности
и вариативностью решения различных проблем.
Интегративный подход формирует качественно новый стиль мышления посредством интеграции теории с практикой, воплощения идеи в
реальность и обеспечивает его творческую направленность.
По мнению Е.О.Галицких, интегральный стиль мышления преодолевает дефицит индивидуальноличностного компонента в образовании. Стиль отражает индивидуальность человека в продуктах
его творческой деятельности. Стиль сохраняет индивидуальность
его носителя – неповторимое своеобразие человека, совокупность
только ему присущих особенностей. Ж.Бюффон считал: «Стиль – это
человек».
Педагог, реализующий интегративный подход к обучению, а следовательно, формирующий интегральный стиль мышления у обучаемых,
сам должен обладать таким стилем мышления.
«Мы можем заключить, – пишет Е.О. Галицких, – что интегральный
стиль мышления взаимодополняет, связывает в новое качественное
единство теорию и практику, объяснение и понимание, содержание
преподавания и содержания учения, репродукцию и творчество, «Я
– концепцию» и педагогическую позицию» [23, с.129].
Е.О. Галицких через теоретические обобщения зафиксировала
критериальные качества человека, обладающего интегральным стилем
мышления, в матрице (см. рис. 1.2.3).
По нашему мнению под интегральным стилем мышления школьника
следует понимать активный процесс отражения объективного мира в понятиях, суждениях, теориях и т.п., связанны с решением задач объединения
ранее разобщенных компонентов в единое целое с целью опосредованного
познания действительности.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что интегративный
подход в обучении позволяет:
– обогатить методологический аппарат учителя; систематизировать
и фундаментализировать учебную деятельность школьников; повысить
системность организации и управления предметным обучением, приводящую к целостности (методологическая функция);
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1.2.3. Матрица интегрального стиля мышления педагога
(обучаемого) (по Е.О. Галицких)
– формировать систему обобщённых (интегративных) предметных и общепредметных знаний и умений у школьника (образовательная функция);
– создать базу для творческого подхода школьника к организации
своей учебной деятельности, мотивации обучаемых к учению, преодоления инерции и узости мыслительных процессов, ограниченных одной
учебной дисциплиной (развивающая функция);
– формировать мировоззрение ученика через развитие у него интегрального стиля мышления (воспитывающая функция);
– совершенствовать учебновоспитательный процесс и сотрудничество педагогов (конструктивная функция).
В интегративном обучении, как и в других, выделяют формы, которые
можно классифицировать по различным критериям (см. рис. 1.2.4).
Урок (занятие) остается основной формой организации при реализации интегративного подхода к обучению.
«Урок – динамичная и вариативная форма организации процесса целенаправленного воздействия (деятельностей и общения) определенного
состава учителей и учащихся, включающая содержание, формы, методы
и средства обучения и систематически применяемая (в одинаковые от36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
резки времени) для решения задач образования, развития, воспитания
в процессе обучения» [146].
Термин интегрированный урок появился на страницах педагогической
печати, начиная с конца 80х годов прошлого столетия. Правда, названия
у такой формы занятий были разные: совместные уроки, интегральные
уроки, бинарные уроки. Но если обратиться к словарю Ожегова, то в
любом из названий суть следующая: «объединять в целое».
Учителям химии школ г. Кирова была предложена анкета, включающая
следующие вопросы и предполагаемые ответы:
1. Интегративные занятия по химии это…
а) учебные занятия, предполагающие использование информации из
смежных с химией дисциплин;
б) учебные занятия, объединяющие внутри– и межпредметные дидактические компоненты в целостное образование;
в) учебные занятия, рассматривающие междисциплинарные объекты,
с привлечением учителей других предметов;
г) не знаю.
Рис. 1.2.4. Классификация форм интегративного обучения
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Интегративные занятия предусматривают:
а) использование традиционных (общих и специфических) методов,
средств и форм обучения;
б) использование бинарных (сдвоенных) уроков с привлечением
других учителейпредметников;
в) использование только внеурочных занятий преимущественно в
игровой форме;
г) не знаю.
3. Интегративные занятия проводятся вами:
а) систематически (каждая учебная тема);
б) эпизодически (обобщающая тема, введение в тему, наиболее интегративная тема и др.);
в) только на внеурочных занятиях;
г) не проводятся.
4. Интегративные занятия целесообразно использовать для:
а) экономии учебного времени;
б) развития мотивов школьников к изучению предмета;
в) повышения уровня химических знаний и умений учащихся;
г) использование интегративных занятий по химии нецелесообразно.
5. Трудность использования интегративных занятий определяется:
а) дефицитом учебного времени;
б) отбором содержания учебного материала;
в) организацией занятия;
г) не знаю.
Выберите один, на ваш взгляд, приемлемый ответ!
Результаты анкетирования по вопросам представлены на рис. 1.2.5.
Анализ результатов анкетирования учителей химии показал, что педагоги ассоциируют интегративные занятия в большей степени с межпредметными связями в содержании учебного материала и использованием
бинарных уроков. Проводятся такие занятия, в основном эпизодически,
для развития мотивов школьников к изучению химии и повышения уровня их химических знаний и умений. Основную трудность при подготовке
и проведении интегративных занятий учителя химии видят в недостатке
учебного времени, сложности отбора содержания учебного материала и в
общей организации занятия.
Н.Е. Кузнецова, М.А. Шаталов используют термин «межпредметный
урок», правда различают: фрагментарный межпредметный урок (отдельный фрагмент урока рассматривается всесторонне с использованием
межпредметных связей), узловой межпредметный урок (интегративный)
(межпредметный синтез осуществляется на протяжении всего занятия)
[59, с.44].
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 1.2.5. Распределение ответов учителей на вопросы анкеты
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л.А. Петренко, О.М. Дубровская видят отличие интегрированного
урока от обычного в специфике учебного материала, на нём рассматриваемого или изучаемого. Чаще всего на таком уроке выступают
многоплановые объекты, информация о сущности которых содержится в различных учебных предметах. Путь изучения этих объектов
следующий: содержание учебного материала + опора на научную
информацию других учебных предметов + опора на ранее изученное
+ межпредметные связи мира = единство, взаимопроникновение
материала [122].
Авторы указывают на необходимость создания проблемной ситуации
при проведении интегрированных уроков и заключают: «интегрированный урок – это специфическая форма занятия. Главное на нём – это
изучение междисциплинарных объектов».
Л.А. Петренко и О.М. Дубровская, выделяя в качестве главной дидактическую цель, предприняли попытку классификации интегрированных
уроков:
– интегрированные уроки изучения нового материала;
– интегрированные уроки систематизации и обобщения знаний;
– интегрированные комбинированные уроки,
а также предметную область:
– гуманитарные;
– естественноматематические;
– комплексные.
Также авторы отмечают, что интегрированным урокам присущ значительный образовательный и воспитательный потенциал, который
успешно реализуется при следующих дидактических условиях:
– правильное вычленение объекта изучения;
– тесное сотрудничество учителей при подготовке урока;
– руководство работой учащихся, готовящих выступление на уроке;
– активизация мыслительной деятельности учащихся на всех этапах
урока;
– правильный выбор формы проведения урока;
– обязательное использование приёмов обратной связи.
А.И. Пайгусов отмечает, что процесс подготовки и проведения интегрированных уроков представляет собой структурированную систему,
состоящую из следующих элементов – этапов [112]:
1. Подготовительный этап, включающий следующие элементы:
а) планирование – определение количества интегрированных уроков,
их тематики и сроков проведения.
Цель интегрированного урока – достичь целостного представления
об изучаемом: явлении, событии, процессе, которые отражаются в теме,
разделе программы.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Сочетание вводных и обобщающих уроков позволяет выделить в качестве основной дидактической единицы не урок, а раздел программы.
Количество разделов определяет количество интегрированных уроков и их
тематику. Оптимальность количества интегрируемых предметов определяется нагрузкой на школьника и взаимодействием учителей в ходе урока;
б) организация творческой группы (формирование команды учителей);
в) конструирование содержания урока (совместная деятельность
команды учителей);
г) репетиция.
2. Исполнительский этап, включающий:
– «фаза вызова» (вызвать интерес к уроку);
– основная часть (проблемного характера);
– заключение (сильное эмоциональное).
3. Рефлексивный этап.
Анализируя данные работы, можно заключить, что авторы рассматривают такие уроки только с точки зрения интеграции содержания
(межпредметных связей) учебного материала, не затрагивая другие
компоненты учебного занятия. Они преследуют цель рассмотрение
объекта с разных предметных сторон посредством информации, преподносимой педагогами разных учебных дисциплин. Кроме того, они
рассматривают интегрированные уроки как отдельные элементы УВП
(учебновоспитательного процесса), включающиеся эпизодически
(«удобная» тема, вводный урок в изучение раздела, обобщающий урок и
т.д.), а такой подход неэффективен. Отдельные обзорные уроки, конечно,
вносят в привычную структуру школьного обучения новизну и оригинальность и имеют определённые преимущества для учащихся (мотив,
интеграционная направленность, эмоциональный подъём и т.д.), но без
систематической поддержки эти новообразования крайне неустойчивы
и со временем угасают. Такая организация интегративного обучения,
очевидно, не может дать оптимальных результатов и устойчивых мотивов
школьников к изучению предмета.
В соответствии с понятием интегративность (состояние объекта) название таких уроков, повидимому, должно быть интегративные уроки.
На наш взгляд, под интегративным занятием (уроком) нужно понимать
учебное занятие, базирующееся на объединении разобщенных ранее однородных и разнородных компонентов (целей, содержания, мотивов, средств и
т.д.) в целостное образование, посредством абстрагирования синтезирующих
и системообразующих интеграционных центров, главной дидактической
целью которого является формирование качественных системных знаний,
интегрированных умений, интегрального стиля мышления, устойчивых
мотивов к учению.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проводить интегративные уроки может и, наверное, должен один
педагог, т.к. его задача состоит не в том, чтобы дать исчерпывающую
информацию по тому или иному объекту с позиции содержания разных
учебных предметов, а в том, чтобы показать многогранность изучения
объекта, взаимосвязь используемых знаний и умений, целостность
методов и средств изучения, показать красоту познания как ценность
для каждого человека, мотивировать школьника к изучению предмета.
Множество же педагогов создают психологический дискомфорт для
учащихся на уроке и каждый из них, как правило, стремится реализовать
свои цели (мотивы), часто не связанные с мотивами (целями) коллеги.
Кроме того, такая форма проведения (группой учителей) требует большего времени проведения урока (как правило, это сдвоенные уроки),
что также снижает его эффективность (особенно в младших классах).
Задействованность нескольких педагогов создает трудности и в организационном плане образовательного процесса в рамках учебного
заведения.
Интегративный характер, судя по всему, должен носить каждый урок в
той или иной мере, в зависимости от его особенностей, т.к. эпизодическое
включение таких уроков (вводный или обобщающий в разделе) способно
только обозначить проблему интеграции, а не решить её.
Содержательные и целенаправленные интегрированные (интегративные) уроки, отмечает Е.Ю. Сухаревская [149]:
– повышают уровень мотивации школьников к учению, формируют
у них познавательный интерес, что способствует повышению уровня
обученности и воспитанности учащихся, их способности к самообразованию;
– способствуют формированию целостной научной картины мира,
рассмотрению предмета (явления) с нескольких сторон (теоретической,
практической, прикладной);
– позволяют систематизировать знания;
– способствуют развитию письменной и устной речи, помогают глубже
понять лексическое значение слова, его эстетическую сущность;
– способствуют развитию, в большей степени чем другие уроки,
эстетического восприятия, воображения, внимания, памяти, мышления
учащихся (логического, художественнообразного, творческого);
– формируют в большей степени общеучебные умения и рациональные навыки труда.
Конкретный результат интегрированных (интегративных) уроков
Е.Ю. Сухаревская видит:
– в повышении уровня знаний учащихся, который достигается благодаря многосторонней интерпретации с использованием сведений из
различных наук;
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– в эмоциональном развитии ребёнка, основанном на привлечении
общения с природой, музыкой, литературой, живописью и т.д.;
– в развитии творческой деятельности учащихся, результатом которой
могут быть собственные проекты, исследования, репортажи, очерки,
стихи, рисунки, поделки и др., что является отражением личностного
отношения восприятия мира.
В настоящее время, отмечает Е.Ю. Сухаревская, учитель объективно
не может на уроке проверить подготовку каждого школьника, добиться
правильного и полного понимания учебного материала от каждого ученика, удовлетворить повышенные интересы школьников к предмету,
а также учащиеся в большинстве своём не готовы к самообразованию.
Эти проблемы не имеют государственных границ и приобрели всеобщий
характер.
«Миру сегодня недостаёт своего собственного образа, потому что
этот образ может быть сформирован при помощи универсальной системы знаний – синтеза» (Ребёнок в мире культуры/Под общ. ред. Р.М.
Чумичевой. – Ставрополь: Ставропольсервисшкола, 1998, с.26).
«Воспитательное воздействие содержания изучаемого материала может быть положительным только в том случае, если учащиеся «допускаются» к первичным действиям по его дополнению своими пониманиями,
смыслами, ценностями, т.е. участвуют в самом содержании. В противном
случае воспитательный эффект может оказаться прямо противоположным, что чаще всего и бывает» [149].
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 2. Теоретико<методические основы
интегративных занятий по химии
в средней общей школе
«Мозг, хорошо устроенный, стоит
больше, чем мозг хорошо наполненный».
Монтень.
2.1. Теоретическая модель интегративных занятий
по химии в средней общей школе
Обзор философской, педагогикопсихологической и методической
литературы позволил прийти к выводу о необходимости создания теоретической модели интегративных занятий по химии в средней школе.
Построению такой модели предшествовало создание концепции
интегративных занятий по химии, которое продиктовано необходимостью:
а) решения проблем модернизации среднего общего образования;
б) учета в обучении химии в современной школе интеграционных
процессов, происходящих в науке, обществе и образовании;
в) формирования всесторонне образованного, химически грамотного, духовно развитого гражданина, ведущего здоровый образ жизни и
способного к адаптации в окружающей природной и социальной средах,
обладающего активной жизненной позицией, способного к принятию
ответственных компетентных решений, ориентированного на дальнейшее образование и самообразование;
г) социальной потребностью в устранении противоречия между
необходимостью модернизации довузовского естественнонаучного образования и отсутствием адекватной методики реализации содержания
обучения химии в школе.
В качестве теоретикометодологических основ интегративных занятий по химии в средней школе выступает ведущая идея обеспечения
фундаментализации и качества химического образования на довузовском
этапе.
2.1.1. Методологические подходы:
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– интегративный (методологический подход со своеобразной «призмой видения» всего образовательного процесса, в основе которого
интеграция содержания и методических средств обучения);
– блочномодульный (систематизация информационнофункцио нальных узлов, обусловленных интегративной дидактической
целью);
– личностноориентированный (реализация личностной ориентации
содержания образования, состоящей в учете особенностей личности
субъекта обучения и выработке психофизических качеств, способствующих оптимальному функционированию школьника в учебной
деятельности);
– компетентностный (в виду особой важности и актуальности имеет
смысл рассмотреть основные понятия компетентностного подхода более
подробно, основываясь на трудах [42, 54], и считаем такое обширное
цитирование в данном случае оправданным).
Для понимания сути компетентностного подхода важно различать
личностное знание и вербализованную, объективированную «ничью»
информацию. «Личностное знание, равно как и личностное понимание,
представляет собой не только использование усвоенного, прочитанного в
качестве некоторой «ценности», но знание и понимание в смысле участия
понимаемого в своей жизни». Компетентностный подход противостоит
не знанию, а распространенной иллюзии, что запомненное, выученное
и есть знание.
Компетентностный подход в определении целей и содержания общего образования не является совершенно новым, а тем более чуждым
для российской школы. Ориентация на освоение умений, способов деятельности и, более того, обобщенных способов действия была ведущей
в работах таких отечественных педагогов и психологов, как М.Н. Скаткин, И.Я. Лернер, В.В. Краевский, Г.П. Щедровицкий, В.В. Давыдов и
их последователей.
Когда я могу сказать о человеке «он компетентен в чемлибо»? Тогда,
когда он продемонстрировал (а я увидел), что он может справиться с
решением какойлибо задачи/проблемы (круга задач/проблем).
Т.е. компетентность – это характеристика, даваемая человеку в
результате оценки эффективности результативности его действий, направленных на разрешение определенного круга значимых для данного
сообщества задач/проблем.
Не следует противопоставлять компетентности знаниям или умениям
и навыкам. Понятие компетентности шире понятия знания или умения,
или навыка, оно включает их в себя (хотя, разумеется, речь не идет о компетентности как о простой сумме знания*умения*навыка, это понятие
несколько иного смыслового ряда).
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Компетенция (лат. competentia, competo – добиваться; соответствовать,
подходить) – включает совокупность взаимосвязанных качеств человека
(знаний, умений, навыков, способов деятельности), задаваемых по отношению к определенному кругу предметов и процессов и необходимых
для качественной продуктивной деятельности по отношению к ним.
Компетентность – владение, обладание человеком соответствующей
компетенцией, включающей его личностное отношение к ней и предмету
деятельности.
…Мы будем пытаться разделять данные понятия, имея в виду под
компетенцией некоторое отчуждение, наперед заданное требование к
образовательной подготовке ученика, а под компетентностью – уже
состоявшееся его личностное качество (характеристику)».
Под образовательной компетентностью понимают интегральное качество
человека, характеризующее ее готовность решать различные образовательные задачи в постоянно изменяющихся условиях, используя свои знания,
опыт и духовные ценности.
В целом же компетентность/компетенция еще не устоявшиеся термины, поэтому, если в тексте специально не оговаривается различие между
ними, скорее всего, они взаимозаменяемы.
Компетентностный подход – это подход, акцентирующий внимание на
результате образования, причем в качестве результата рассматривается не
сумма усвоенной информации, а способность человека действовать в различных проблемных ситуациях.
Выделяют четыре аспекта (типа, варианта, линии, направления),
реализации компетентностного подхода в образовании (мы говорим,
прежде всего, о школьном образовании, но многие сюжеты относятся
напрямую и к профессиональному образованию):
– ключевые компетентности;
– обобщенные предметные умения;
– прикладные предметные умения;
– жизненные навыки.
Традиционное образование (ТО) основывается на идее педагогики
требований (и это дает основания для квалификации ее как авторитарной). Для успешного ученика предполагается сочетание идеи послушания
и мотивации достижения (активность и послушность). В компетентностноориентированном (КОО) образовании можно говорить о педагогике возможностей, в основе мотивации компетентности лежит мотивация
соответствия и ориентация на перспективные цели развития личности.
ТО основывается на идее централизованного и многоуровневого контроля, осуществляемого учителем по традиционной 5балльной шкале, а
над учителем – по схеме «выполнено – не выполнено» касательно всех
пунктов предписаний. КОО требует дополнения внутреннего учительско46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
го контроля самоконтролем и самооценкой, считает более адекватными
рейтинговые, накопительные системы оценивания, создание портфолио
как инструмента для представления учеником себя и своих достижений
вне школы.
ТО ориентируется на «среднего» ученика. Планка или уровень достижений
исчисляется ситуативно по «среднему показателю». КОО говорит о множественности планок в возможном поле достижений учащегося. Имеющий
место и в ТО индивидуальный подход также предполагает множественность
траекторий развития, но сохраняется их принципиальная соположенность:
Пушкин – двоечник по математике, зато поэт. В КОО эти координаты не
зависимы: Пушкин – в принципе не двоечник.
Позиция учителя в ТО, где инициативное и ответственное лицо, судья,
– позиция старшего, носителя «сакрального знания», передающего фрагменты этого знания лучшим. В КОО учитель не претендует на обладание
монополией знания, он занимает позицию организатора, консультанта,
толкателя «правил игры», «администратора сети», он лишь организует
процесс.
Позиция ученика в ТО – подчиненная безответственная, объект педагогических воздействий, в КОО ученик сам отвечает за собственное продвижение,
субъект собственного развития, в процессе обучения занимает разные позиции
внутри педагогического воздействия (см.табл. 2.1.1).
Таблица 2.1.1.
Традиционное обучение
1
1. Учителю следует излагать
основные представления и
понятия, заложенные в содержание учебного предмета и
отраженные в изучаемой теме
2. Учащиеся узнают жизненно
важные идеи и понятия благодаря их прямому изложению
учителем или вопреки ему,
поскольку в содержании образования они напрямую не
обсуждаются, изучаются же
квазипроблемы вместо проблем жизни в соответствии с темой, записанной в программе
Компетентностно-ориентированное обучение
2
Учителю следует ставить перед учениками общую (стратегическую) задачу и описывать тип
и характеристики желаемого результата на перспективу, учитель предоставляет информационный кейс или указывает начальные точки поиска
информации. Ценность КОО в том, что ученик и
учитель могут взаимодействовать на самом деле
как равные и равноинтересные друг другу субъекты. ПОТОМУ ЧТО КОМПЕТЕНТНОСТЬ НЕ
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ЗНАНИЕМ И ВОЗРАСТОМ,
НО количеством успешных проб
Учащиеся вычленяют значимую для решения
проблемы информацию, да и саму проблему
уточняют по мере знакомства с информацией, как это бывает и при решении жизненных
проблем
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
3. Естественнонаучные предметы преподаются как целостный и законченный свод авторитетной и непротиворечивой
информации, не подлежащей
сомнению
4. Учебное познание строится
на четкой логической основе,
оптимальной для изложения
и усвоения
5. Основная цель лабораторных работ – формирование
практических манипулятивных
навыков, а также способности
следовать указаниям, направленным на достижение запланированных результатов
6. Изучение материала в ходе
лабораторных работ следует
точно установленным указаниям и определяется методикой,
направленной на иллюстрацию
изученных в классе понятий и
представлений.Это имитация
исследования
7. Лабораторные опыты должны
быть спланированы учителем
так, чтобы правильные ответы,
результаты достигались лишь
теми учащимися, которые часто
придерживаются инструкций к
лабораторной работе
8. В ходе лабораторной работы
ученики используют указания о
том, что необходимо наблюдать,
измерять, фиксировать, чтобы
получить искомый, правильный
результат. Это имитация самостоятельности
9. Сущность естественнонаучных знаний следует иллюстрировать материалом об их
применении только в технике
10. Для настоящего понимания изучаемого содержания
ученикам следует усвоить свод
связанной с этим содержанием
информации фактологического
характера с встроенными готовыми выводами и оценками
48
2
Естественнонаучные предметы преподаются
как система лабораторных и тестовых знаний.
Проблематика истории науки преподается в
широком гуманитарном контексте, как блоки
исследовательских и квазиисследовательских
задач
Учебное познание строится по схеме разрешения проблем
Материалы лабораторных работ побуждают
учащихся выдвигать идеи, альтернативные тем,
которые они изучают в классе.Это позволяет в
ходе учебной работы сравнивать, сопоставлять
и самостоятельно выбирать результат на основе
своих данных
Учащиеся сталкиваются с новыми явлениями,
представлениями, идеями в лабораторных опытах, прежде чем они будут изложены и изучены
на уроке. При этом каждый ученик зарабатывает
свою меру самостоятельности сам
В лабораторных опытах учащимся предоставляется возможность самостоятельно планировать,
пробовать, пытаться, предлагать свое исследование, определять его аспекты, предполагать
возможные результаты
Каждый учащийся самостоятельно (или в
группе) изучает, описывает и интерпретирует те
сведения и наблюдения, которые он наравне со
всеми получает в ходе учебного исследования
Для изучения правила (или закона) учащихся
следует познакомить с примерами, из которых
это правило (или закон) можно вывести самостоятельно, без его изложения учителем
Учащиеся подвергают сомнению принятые
представления, идеи, правила, включают в поиск
альтернативные интерпретации, которые они
самостоятельно формируют, обосновывают и выражают в ясной форме. Работа идет как сравнение
разных точек зрения и привлечение необходимых
фактов из принципиальнооткрытого банка
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Понятие компетентности включает не только когнитивную и операциональнотехнологическую составляющие, но и мотивационную, этическую, социальную и поведенческую. Оно включает результаты обучения
(как личностные достижения) систему ценностных ориентаций, привычки,
ответственность за последствия совершенных действий и др.
На сегодняшний день нет единой классификации компетенций, так
же как нет и единой точки зрения на то, сколько и каких компетенций
должно быть сформировано у человека. Различные подходы существуют
и к выделению основной для классификации компетенций учащихся.
Так, А.В. Хуторской предлагает трехуровневую иерархию компетенций
школьников и выделяет:
1) ключевые компетенции, которые относятся к общему (метапредметному) содержанию образования;
2) общепредметные компетенции, которые относятся к определенному кругу учебных предметов и образовательных областей;
3) предметные компетенции – частные по отношению к двум предыдущим компетенциям, имеющие конкретное описание и возможности
формирования в рамках учебных предметов.
К общепредметным компетенциям, формируемым, например, в
образовательной области «Естествознание», относятся способности
решать проблемы, требующие применения различных фактов или
соответствующих понятий из различных разделов естествознания, а
также понимание обобщенных естественнонаучных понятий и подходов, использование понятий и методов из других образовательных
областей (например, «Математика»). Общепредметные компетенции
должны обладать свойством переноса в другие предметы или образовательные области.
Предметные компетенции связаны со способностью учащихся привлекать для решения проблем знания, умения, навыки, формируемые в рамках
конкретного предмета.
Например, для решения естественнонаучных проблем учащемуся
необходимо уметь планировать исследование в соответствии с поставленными естественнонаучными вопросами или гипотезами, описывать и выявлять зависимые и независимые переменные, выявлять
причинноследственные связи, принимать решения об использовании
тех или иных процедур для проведения исследования и др.
В документах по модернизации российского образования предлагается, что в число формируемых и развиваемых в школе ключевых компетенций школьников должны войти информационная, социально*правовая
и коммуникативная компетенции.
Говоря о российском образовании, имеет смысл выделить несколько
значимых для работы учителей уровней подготовки:
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Уровень потребителя (компетентный читатель, слушатель, «решатель»
учебных задач). Иногда этот уровень обозначают как «грамотность».
Думается, он весьма значим для массовой школы. Главная его черта
– умение действовать по инструкции.
Уровень «толмача» (переводчика, интерпретатора, посредника).
Уровень производителя (автора, изобретателя, самостоятельного
исследователя).
Наглядно данные уровни показаны на схеме (см. рис. 2.1.1).
Понятно, что здесь представлена лишь идея и требуется дальнейшая
работа по наполнению обозначенных «уровней». Это предстоит сделать
в дальнейшем, однако такой подход кажется перспективным, прежде
всего, для развития КИМов и измерений компетентности.
2.1.2. Доминирующие принципы:
– научности (соответствие учебных элементов, выносимых для изучения школьникам, современному уровню развития химии и требование
к ним в форме представления информации об общенаучных и частных
методах познания химической науки. Этот принцип является одним из
определяющих принципов отбора содержания предметного обучения);
– системности (интеграция и целостность всех компонентов образования, единство обучения, воспитания и развития, преподавания и
учения, теории и практики, всех видов учебной деятельности. Предполагает знания о химической форме движения материи в качестве сис-
Рис. 2.1.1
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
темообразователя научных химических знаний. Этот принцип является
важным для определения содержания обучения и особенностей изучения
знаний о химической форме движения материи, так как на его основе
осуществляется структурирование предмета «химия»);
– проблемности (обучение в форме интегративных занятий будет
более эффективным, если школьники в процессе изучения программного
материала смогут решать проблемы, а не просто знакомиться с элементами знаний и иллюстрациями к ним);
– практической значимости (изучение программного материала нужно построить так, чтобы обучаемый четко понимал, в каких ситуациях,
где и когда полученные знания можно применять в жизни, либо где эти
знания будут необходимы для усвоения других знаний);
– действенности (предусматривает переход знаний в убеждения и действия в процессе продуктивного взаимодействия субъектов обучения);
– мотивации (предусматривает мотивирующее действие организации
учебного процесса);
– интерактивности (предусматривает высокую деятельностную активность в процессе обучения всех субъектов);
– открытости (дидактическая система химической подготовки в
школе является открытой, а значит, обменивается информацией с окружающей социальной средой, за счет чего повышается эффективность
ее функционирования).
Методическими основами использования интегративных занятий
как средства формирования мотивов школьников к изучению химии
являются:
– методика интегративных занятий по химии в средней школе;
– методические условия реализации интегративных занятий как
средства формирования мотивов школьников в процессе изучения химии, обеспечивающих качество химического образования.
Нами были сформулированы следующие концептуальные положения:
1. Эффективность процесса обучения химии в современной школе обеспечивается реализацией интегративных занятий как одного из
средств формирования у обучаемых мотивов к изучению предмета.
2. Интегративное занятие по химии – учебное занятие, базирующееся
на объединении одно и разнородных компонентов в целостное образование. Процесс объединения предусматривает внутрипредметную и межпредметную интеграцию посредством интеграционных центров, а также
методологический синтез содержания учебного материала, интеграцию
методических средств и форм, целостность инвариантной и вариативной
частей, паритетность взаимосвязанной деятельности субъектов, целостность решения задач образования, воспитания и развития, единство интеграции и дифференциации, единство учения и преподавания. Целостное
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образование (результат) представляет системные знания, интегрированные
(обобщенные) умения, интегральный стиль мышления.
3. Реализация интегративных занятий по химии в средней школе
базируется на системе ведущих идей (обеспечение фундаментализации
и качества химического образования), методологических подходов
(интегративный, личностноориентированный, блочномодульный,
компетентностный) и дидактических принципов (системности, проблемности, научности, действенности, практической значимости, мотивации,
интерактивности, открытости).
4. Ядро содержания интегративных занятий составляют такие учебные элементы, которые имеют дидактическую и социальную значимость
и представлены в современных образовательных стандартах учебных
предметов естественнонаучного цикла средней школы.
5. Специфика методики интегративных занятий по химии в средней
школе выражается в следующих важнейших особенностях:
– систематическом проведении интегративных занятий в рамках
школьной формы обучения (уроков), внеклассных и внешкольных мероприятий;
– конструкционной мобильности блоков (модулей) содержания
учебного материала;
– многоуровневости интеграционных процессов и многоэтапности
их механизма;
– использовании интеграционных центров (цельных компонентов,
вокруг которых координируются и интегрируются другие одно- и разнородные компоненты в целостное новообразование);
– создании проблемных ситуаций и решении учебных проблем;
– интегративной методике оценки качества химического образования;
– учете будущей и текущей специализации учащихся.
6. Новая методика функционирует за счет:
– планирования задач химического образования с последующей
интегральной реализацией их в процессе предметного обучения;
– отбора и целостной реализации дидактически значимых компонентов естественнонаучного образования в рамках средней школы;
– раскрытия сущности химических объектов с энергетических позиций.
7. Сформированность и уровень развития мотивов к изучению химии посредством интегративных занятий обеспечивается реализацией
следующих важнейших методических условий:
– интегративным, личностноориентированным, блочномодульным
и компетентностным подходами к использованию интегративных занятий в процессе обучения химии в средней школе;
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.1.2. Теоретическая модель интегративных занятий по химии
в средней общей школе
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– активным включением учащихся в самостоятельную работу по
постановке и решению учебных проблем;
– привлечением интегральных средств наглядности;
– созданием высокого эмоционального фона при проведении интегративных занятий;
– активным включением школьников в различные виды творческой
работы;
– раскрытием практического и теоретического значения химии в
развитии общества;
– использованием на занятиях специфических методов (интегральный эксперимент, мотивационностимулирующие ситуации,
познавательные задания интегрального характера, химический язык в
интегральном контексте);
– ознакомлением учащихся с «химией» своего края;
– высокой химической и общей культурой педагога.
В соответствии с концептуальными положениями была разработана
теоретическая модель интегративных (ИЗ) занятий по химии в средней
общей школе (см. рис. 2.1.2).
Структура и функционирование представленной модели обеспечиваются целостностью целевого, потребностностимуляционномо
тивационного, содержательного, организационноуправленческого и
результативнооценочного компонентов.
2.1.3. Целевой компонент теоретической модели отвечает на вопрос:
«Для чего проводить интегративные занятия по химии в школе?»
Любая эффективная технология обучения не обеспечит достижения запланированных результатов без наличия у учащихся положительных устойчивых мотивов учения. Поэтому главной целью
интегративных занятий по химии являются формирование и развитие
у школьников устойчивых мотивов к изучению предмета, обеспечивающих качество среднего общего химического образования (процесса
и результата).
Под качеством химического образования понимается внешняя и внутренняя определенность процесса и результата химического образования (его
уровней, компонентов, свойств, стадий, этапов развития), отражающая
соответствие заданным критериям фактического и достигнутого (воплощенного в деятельности и личности) и обнаруживаемая через свои свойства
в процессе его функционирования [116].
Требования к качеству химических знаний и умений обозначены в
учебных программах по химии для средней школы по каждому (811)
классу по группам:
– требования к усвоению теоретического материала;
– требования к усвоению фактов;
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– требования к усвоению химического языка;
– требования к выполнению химического эксперимента;
– требования к решению расчетных задач.
Эти требования базируются на государственном стандарте общего образования (нормы и требования, определяющие обязательный минимум
содержания основных образовательных программ общего образования,
максимальный объем учебной нагрузки обучающихся, уровень подготовки выпускников образовательных учреждений, а также основные
требования к обеспечению образовательного процесса). Требования к
уровню подготовки выпускников разработаны в соответствии с обязательным минимумом, преемственны по ступеням общего образования и
учебным предметам. Они задаются в деятельностной форме (что в результате изучения данного учебного предмета учащиеся должны знать, уметь
использовать в практической деятельности и в повседневной жизни).
Требования служат основой разработки контрольноизмерительных материалов для государственной аттестации выпускников образовательных
учреждений, реализующих программы основного общего и среднего
(полного) общего образования [140].
Требования к результату получения учеником химических знаний и
умений определяются педагогом по каждой учебной теме.
Например: курс химии 11 кл. Раздел III. «Химическая динамика
(учение о химических реакциях)».
Тема «Основы химической энергетики», «Кинетические понятия и
закономерности протекания химических реакций» [127].
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
а) на базовом уровне:
– определение понятий: внутренняя энергия; энергия активации;
экзо- и эндотермические процессы; скорость химической реакции; катализ, катализатор, химическое равновесие; закон сохранения вещества
и энергии;
– формулировки и математические выражения законов Гесса, действующих масс; правила ВантГоффа; уравнения скорости химической реакции;
константы химического равновесия;
– условия химического равновесия и способы его смещения;
– влияние различных факторов на скорость химической реакции;
– основные положения теории катализа;
б) на повышенном уровне:
– определение понятий «энтальпия»; «энтропия»; «энергия Гиббса»;
– взаимозависимость между энергиями связей в веществе, внутренней
энергией вещества и тепловым эффектом химической реакции (изменением
энтальпии);
– связь энтропии, температуры и агрегатного состояния вещества;
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– зависимость скорости химической реакции от концентрации в
соответствии с кинетическим уравнением;
– математическое выражение уравнения Аррениуса;
– основные положения теории переходного состояния.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
а) на базовом уровне:
– определять тепловые эффекты химических реакций, используя
значения теплот образования веществ;
– определять изменение энтропии в ходе химического процесса,
используя значения теплот образования веществ;
– определять направление самопроизвольного химического процесса, используя значения теплового эффекта химической реакции и
изменения энтропии в ходе ее;
– вычислять изменение скорости реакции в зависимости от изменения концентраций веществ в ходе ее;
– вычислять изменение скорости реакции при изменении температуры по правилу ВантГоффа;
– рассчитывать константу равновесия реакции, используя равновесные концентрации веществ;
– определять смещение химического равновесия в системе при изменении внешних параметров (концентрации, температуры, давления);
б) на повышенном уровне:
– определять тепловые эффекты реакций по стандартным теплотам
сгорания веществ;
– определять возможность самопроизвольного процесса при различных температурах, используя уравнение Гиббса;
– выводить кинетическое уравнение реакции по экспериментальным
данным зависимости скорости этой реакции от температуры;
– вычислять энергию активации процесса и скорость реакции при
различных температурах по уравнению Аррениуса;
– определять константу равновесия реакции по уравнению Гиббса.
Прежде чем решать проблему «чему учить?» и «как научить (учиться)?», необходимо ответить на вопрос: «Для чего учить (учиться)?» То
есть следует определить цели химического образования.
Цели химического образования – предполагаемые результаты химического образования, на достижение которых направлено целостное взаимодействие учителя и учащихся в процессе изучения химии.
Цели химического образования в средней школе базируются на общей
цели школьного образования в целом и делятся на главную триединую
цель химического образования в средней школе и тематические (к каждой
учебной теме) цели, которые, в свою очередь, делятся на общедидактические цели и частные цели (задачи) обучения, развития и воспитания.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общая цель школьного образования заключается в формировании духовно развитого человека, ведущего здоровый образ жизни и способного к
адаптации в окружающей природной и социальной средах, обладающего
активной жизненной позицией, готового к принятию ответственных
компетентных решений, вносящего свой вклад в развитие социума,
не ставя при этом под угрозу судьбу будущих поколений, способного к
дальнейшему образованию и самообразованию.
Главная триединая цель школьного химического образования заключается в формировании химически грамотного социально и культурно
развитого, допрофессионально компетентного гражданина, готового к
дальнейшему химическому образованию и самообразованию, а также к
профессионализации и специализации.
Пример интегративных целей к уроку:
Химия 8 класс [126].
Раздел «Химические реакции». Тема «Закон сохранения энергии».
Общедидактическая цель урока (ОДЦ): создание условий для выработки у обучаемых умений конструктивного решения учебных проблем,
формирования и эффективного развития у школьников мотивов к изучению химии посредством использования фундаментального закона
природы в качестве интеграционного центра.
Задачи урока:
– сформировать у обучаемых понятие о законе сохранения энергии
как всеобщем законе природы;
– выработать умения применения закона сохранения энергии к объяснению сущности химической реакции;
– сформировать у школьников понятия энергии активации, теплового эффекта химической реакции;
– создать цепь проблемных ситуаций на уроке как необходимое условие для развития логического и абстрактного мышления школьников
методами сравнения, обобщения, индукции, дедукции, интуиции;
– актуализировать у обучаемых потребности к познанию и стимулировать у них умения определять цели, формулировать учебную проблему
и находить пути их решения, используя творческий потенциал и элементы
исследовательской деятельности;
– развивать самостоятельность и практическую активность школьников, навыки грамотно излагать свою точку зрения и доказательно
отстаивать ее, навыки общения в коллективе;
– оптимизировать условия развития у школьников мотивов к познанию учебных достижений, самообразованию через показ красоты
познания как ценности для каждого человека;
– формировать интегральное мышление учащихся путем раскрытия взаимосвязей физических и химических процессов, математичес57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ких, естественнонаучных и гуманитарных методов исследования.
2.1.4. Потребностно*стимуляционно*мотивационный компонент включает в себя систему формирования у школьников важнейших мотивов к
изучению химии, к которым относятся:
мотив познания (ориентация и побуждение на овладение новыми
знаниями, фактами, понятиями, законами, методами познания, умениями,
приемами самостоятельной работы и рациональной организации труда);
мотив учебных достижений (создание среды, побуждающей школьника к достижениям в учебной деятельности, антипод мотива избежания
неудач);
мотив самообразования (направленность деятельности на самосовершенствование знаний, умений и саморегуляцию учебной работы).
Механизм мотивации (по В.Г. Асееву) представляет собой интеграцию
подходов «сверху вниз» и «снизу вверх». Систематическая стимуляция
учебной деятельности школьника, актуализация его потребностей в
учебной информации составляет основу внешней мотивации «сверху
вниз». Создание мотивационных ситуаций, условий для достижения
личностнозначимых для обучаемого результатов, удовлетворения
познавательных интересов и желаний избирательно актуализируют
отдельные ситуативные побуждения, которые постепенно переходят
в устойчивые внутренние мотивационные образования и реализуют
внутреннюю мотивацию «снизу вверх». Необходимо отметить, что,
как указывал Е.П.Ильин, нельзя извне формировать мотивы, а можно
только способствовать этому процессу. Мотив – сложное интегральное
психологическое образование, которое должен построить сам субъект,
следовательно, извне формируются не мотивы, а мотиваторы (и вместе
с ними – мотивационная сфера личности) [44].
Н.В.Немова предлагает перечень педагогических условий к деятельности педагогов и обучаемых по развитию мотивов учебных достижений
и самообразования [107] (см. табл. 2.1.2, 2.1.3).
2.1.5. Содержательный компонент модели отвечает на вопрос: «Чему
учить на интегративных занятиях по химии в школе?»
Для отбора учебного материала мы использовали блочномодульный
подход и необходимые принципы. Таким образом, содержательный компонент включает в себя три блока:
1. Принципы отбора содержания (дидактической значимости, научности и системности, интегральности, оптимальности и мотивирующего
действия).
2. Инвариантная часть, включающая в себя блоки и модули базового
химического образования в школе [140] (вещество и химический процесс
на основе закона сохранения вещества и энергии, строение вещества как
фактор его реакционной способности, движущие факторы химического
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.1.2
Педагогические условия развития мотивов достижения учащихся
в учебной деятельности (по Н.В. Немовой)
Перечень
факторов
Перечень условий развития мотивов достижений
в учебном процессе
1. Уровень слож- Поставленные задачи должны соответствовать возможносности и новизны тям школьников и гарантировать им успех не менее чем
задачи
на 50%
2. Возможность Процесс выполнения задачи должен предоставлять возпроявления само- можности для принятия и исполнения самостоятельных
стоятельности
решений
3. Методы побуж- Методы побуждения к деятельности не должны носить
дения к достиже- слишком жёсткий, ограничивающий автономность и саниям
мостоятельность учащихся, характер
4. Методы оценки Учащиеся должны знать, каких результатов ждёт от них
результатов де- учитель и по каким показателям оценивается их деятельность
ятельности
Система контроля должна обеспечивать объективное
выявление результатов деятельности
Оценка деятельности должна быть справедливой и объ-
ективной. Все учащиеся, имеющие одинаковые результаты, должны оцениваться учителем одинаково
Оценка учеников должна зависеть только от результатов
его учебной деятельности и ни от чего другого
5. Условия состя- Должна быть состязательность учащихся с примерно равными возможностями
зательности
6. Наличие возможностей для достижения успешных результатов
Должны иметься все необходимые условия для достижения
учеником положительных результатов; их достижение не
должно требовать от школьников чрезмерного напряжения
и приводить к перегрузкам
7. Личный при- Учитель должен быть мотивированным на улучшение
мер и ролевая по- результатов учеников
зиция значимых
взрослых
8. Близкие и от- Любые, пусть даже самые незначительные достижения
д а л ё н н ы е п о с - должны поощряться учителем
ледствия дости Методы вознаграждения должны превалировать над межения успеха
тодами наказания как отрицательным стимулированием
9. Степень удовлетворённости
первичных потребностей
Учителем должны создаваться такие условия, при которых
потребность в приобретении, то есть достижении более
высокого уровня знаний, становится для учащихся более
актуальной, чем все другие, например, получения вознаграждения или избегания неудачи
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.1.3
Материалы для планирования интегративных учебных занятий,
в которых учитель выступает организатором самостоятельной
познавательной деятельности учащихся (по Н.В. Немовой)
Деятельность учителя, её
содержание, формы и методы
1. Включает учащихся в
предметнопрактическую
деятельность с целью самостоятельной постановки
детьми учебной задачи
Деятельность учащихся,
её содержание, формы
и методы
Осуществляют предметнопрактическую деятельность, вызывающую затруднения
2. Просит учащихся перечислить возникающие затруднения и назвать содержание недостающих для решения новой практической
задачи знаний. Побуждает
детей к самостоятельному
формулированию учебной
задачи
Формулируют собственные
затруднения и устанавливают
их причины через описание
недостающих знаний. Перечисляют, каких знаний
им не хватает для решения
практической задачи и формулируют, чему они желали
бы научиться
3. Организует деятельность
учащихся по определению
способов решения учебной
задачи; определению способа
получения недостающих знаний и перечня тех источников,
из которых они могут быть получены. Побуждение к принятию наиболее рационального
способа действий
4. Организует самостоятельную деятельность детей по
приобретению необходимых знаний соответственно
разработанному плану их
получения:
– по извлечению готовых знаний из объяснения, лекции,
беседы учителя;
– по самостоятельному созданию знаний путём поисковой
экспериментальной деятельности;
– по поиску и систематизации знаний из литературных
источников;
– по общению с целью обмена информацией друг с
другом
5. Организует самостоятельную деятельность детей по
нахождению, определению,
Ищут способы решения
учебной задачи: выдвигают гипотезы для проверки, предлагают источники
получения недостающих
знаний, способы разработки новых знаний; планы
действий
60
Ожидаемые
результаты
Осознание неспособности
решить поставленную задачу, чувство дискомфорта, мотивация достижения
успеха в решении задачи и
сотрудничества с учителем и
учащимися
Поставленная и принятая
детьми, как собственная,
задача учебной деятельности. Мотивация на её решение. Мотив достижения
успеха, самореализации
в учебной деятельности и
сотрудничества с другими учащимися; осознание
нужности получения новых
знаний для последующего
продвижения в освоении
предмета
Составленный детьми вместе с
учителем и принятый ими как
собственный план действий,
план урока. Мотивация на
его выполнение, на успех, на
сотрудничество в достижении
учебной задачи
Включаются в самостоятельную деятельность по созданию новых знаний:
– по их получению в готовом
виде путём слушания, конспектирования и т. д.;
– самостоятельному созданию
путём поисковой (коллекти
внораспределительной) деятельности в паре, группе или
индивидуально;
– извлечению знаний из различных литературных источников;
– из общения;
– из всего вместе
Освоение детьми различных
способов получения новых
знаний, самих новых знаний:
понятий, законов, способов
деятельности, различной информации
Самостоятельно разрабатывают с помощью полученных
новых знаний показатели пра-
Выработанные показатели
для оценки знаний и умений
учеников. Принятие и осоз-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выработке тех критериев (показателей), которые свидетельствуют, что практическая
задача, а значит, и учебная,
решены верно, следовательно, они научились
6. Организует самостоятельную деятельность детей по
воспроизведению ими новых
знаний; организует умственную деятельность учащихся
по применению полученных
знаний
7. Организует самостоятельную деятельность детей по
самооценке, взаимооценке
новых и отрабатываемых
знаний на каждом из этапов
их освоения. Побуждает детей к выявлению и исправлению ошибок, оказанию
взаимопомощи одноклассникам; доброжелательной
и принципиальной оценке
деятельности друг друга и
своей собственной
вильного решения практической задачи, свидетельствующие о том, что они научились
действовать, то есть освоили
новые знания
Выполняют оценочную деятельность: по самооценке и
взаимоценке академических
результатов (предметных
знаний), способов их получения (учебной деятельности)
Умение проверять и оценивать свою деятельность и деятельность друг друга. Лучшее
понимание осваиваемых знаний. Способность выбирать
наиболее рациональные способы получения и отработки
знаний. Мотивация на людей,
на установление с ними эффективных взаимоотношений,
на получение более высоких
результатов в учебе и исправление выявленных ошибок
8. Организует самостоятельную деятельность детей по
выбору пути отработки (закрепления) полученных знаний, обоснованию наиболее
рациональных для них подходов к закреплению полученных знаний и применению
их в новых и измененных
условиях
Определяют ход действий
по получению недостающих
знаний, если практическая
задача не выполнена, а также
по закреплению знаний, упражнений, вопросы, задания
и др. учебные материалы,
разрабатывают план своих
действий
9. Создает условия для самостоятельной деятельности
детей по закреплению и развитию полученных знаний,
оказывает востребованную
ими помощь
10. Организует деятельность
детей по проверке качества
усвоения ими знаний. Проверяет и оценивает, если нужно,
знания учеников
11. Организует деятельность
учащихся по самостоятельному определению содержания
и объема той работы, которую
каждому из школьников нужно выполнить индивидуально
дома
Осуществляют самостоятельную деятельность по
закреплению знаний, самоконтролю, выявлению и
исправлению ошибок
Мотивация на задачу, на улучшение качества отрабатываемых
знаний, повышение степени их
обобщенности, освоенности,
прочности, осознанности и
т.д. Мотивация на необходимое сотрудничество, оказание
взаимопомощи, появление
более сильного мотива, удовлетворения своих собственных
познавательных интересов,
устранения персональных ошибок
Освоенные, осознанные,
обобщенные действия, способность действовать в разнообразных ситуациях, включая
новые. Ощущение чувства
успеха
Знание уровня собственных
достижений, качества знаний,
ошибок и их причин, путей их
устранения
Воспроизводят полученные
или созданные самостоятельно знания; выполняют
деятельность по применению
полученных знаний
Проверяют итоговое качество
собственных знаний и знаний
своих товарищей
Определяют объем и содержание своей домашней работы,
разрабатывают, намечают в
общих чертах план совместных или индивидуальных
действий
нание учащимися выработанных показателей в качестве
объективных. Понимание
того, каким образом их можно использовать при оценке
качества знаний
Поэтапная интериоризация
знаний учащимися до их полного освоения; умение оперировать знаниями в требуемой
форме – материальной, речевой или умственной
Мотивация на дальнейшую
учебную деятельность, необходимое сотрудничество
в ее осуществлении. Мотивация на самореализацию
через творческую учебную и
практическую деятельность,
удовлетворение собственных
познавательных интересов
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
процесса, кинетика химического процесса, химические свойства веществ
и их прогнозирование, практическое значение веществ и химических
процессов).
3. Вариативная часть, включающая в себя заменяемые модули полного (профильного) школьного химического образования (химические
процессы в окружающей среде, региональное использование веществ и
химических процессов, химия в решении глобальных проблем, материя и
движение, химическая и естественнонаучная картины мира, взрывчатые
и отравляющие вещества, химия и здоровье), которые могут изучаться на
факультативных занятиях или в форме элективных курсов и др.
Несомненно, что система (содержание и структура) учебной дисциплины должна отражать систему (содержание и структуру) изучаемой
науки. Поэтому в учебном материале по школьному курсу химии центральным звеном должны быть основы химии и ее связи с теми науками,
которые учащиеся изучают параллельно, т.е. естественные науки тесно
связаны между собой и изучают окружающий нас мир, но с разных сторон, на разных уровнях развития систем: микросистема (элементарные
частицы, атом, молекула); супрамолекулярные системы (конгломераты
молекул); макросистема (вещество, тело, геосистемы, биосистемы, ландшафтные системы); мегасистема (космос).
В соответствии с современным определением «Химия – это наука,
изучающая процессы превращения веществ, их состав и структуру [89]»
в школьном курсе химии О.С. Зайцев выделяет следующие основные
теоретические направления:
1. Учение о направлении химических процессов.
2. Учение о скорости и механизмах химических процессов.
3. Учение о строении вещества.
4. Учение о периодичности.
На наш взгляд, учение о периодичности вполне укладывается в учение о строении вещества с позиций его реакционноспособности, что,
собственно, и важно для учебной дисциплины химии.
Таким образом, систему естественнонаучных знаний можно представить схемой (рис. 2.1.3), а систему химических знаний школьников
схемой (рис. 2.1.4).
Для того чтобы система химических знаний работала как единое
целое, необходимо вычленить из этих трех блоков такой компонент,
который является наиболее общим (интегрирующим), т.е. интегратор.
Именно он позволит систематизировать химические знания школьников
на некоторой основе, а именно на сущности вещества и химического
процесса, что приведет к правильному, осмысленному пониманию ими
химических явлений и позволит избежать формализма в знаниях на
уровне запоминания что с чем реагирует.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.1.3. Система естественнонаучных знаний школьников
Рис. 2.1.4. Система базовых химических знаний школьников
Первопричиной всего сущего в мире является материя. Все явления
так или иначе связаны с энергией (как мерой движения материи), в т.ч. и
химические реакции, образование и стабильность вещества и др. Следовательно, закон сохранения вещества и энергии является той основой, на
базе которой можно интегрировать основные блоки системы химических
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
знаний школьников. Закон сохранения вещества и энергии – именно
тот интеграционный центр, который позволяет интегрировать содержание всего курса химии средней школы на единой основе, а это, в свою
очередь, приводит к наивысшему уровню интеграционных процессов
– синтезу. И, как следствие, к максимальной системности химических
знаний школьников (основанием интеграции является тенденция знаний
и видов деятельности не к содержательному или логическому единству, а к
росту системности. [115]).
Таким образом, ядро системы химических знаний школьников (содержательный компонент) можно представить в виде схемы (рис. 2.1.5).
Рис. 2.1.5. Ядро содержания учебного материала интегративных
занятий по химии в средней школе
«Курс химии в средней школе должен развиваться в два этапа, – пишет А.А. Макареня [89], – первый – предварительный, когда в курсах
природоведения и физики формируются некоторые общие представления о веществах и процессах, а затем они конкретизируются на уроках
химии в VIIVIII (89. – Прим. авт.) классах (химический состав, строение и свойства соединений; второй – основной, когда раскрываются
причинноследственные связи между химическими явлениями и свойствами, с одной стороны, и электронным и пространственным строением
химических соединений – с другой, и формируются основы современной
химии (методы изучения, законы, категории, принципы, проблемы)».
Таким образом, исходя из этого и в соответствии с федеральным
компонентом государственного образовательного стандарта понятие
химической реакции с позиции закона сохранения вещества и энергии
необходимо вводить на начальном этапе обучения химии (8 класс, раздел
«Химические реакции. Закон сохранения массы и энергии» [126]), реализуя при этом межпредметную интеграцию с курсом физики (основы
молекулярнокинетической теории строения вещества, внутренняя энергия и способы ее изменения, газы и их свойства, жидкости и их свойства,
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
твердые тела и их свойства, 7 кл. А.Е. Гуревич; строение вещества, 7 кл.,
С.В. Громов, Н.А. Родина, первоначальные сведения о строении вещества, работа и мощность. Энергия, 7 кл. Е.М. Гутник, А.В. Перышкин и др.
[128]) и курсом алгебры (графики функций). При этом вводятся новые
понятия: «тепловой эффект реакций», «энергия активации», «принцип
минимума энергии».
При изучении последующих разделов начального этапа школьного
курса химии («Вещества в окружающей нас природе и технике», «Воздух»,
«Кислород», «Горение», «Основные классы неорганических соединений»,
«Строение атома», «ПЗ и ПСХЭ», «Строение вещества», «Химические
реакции в свете электронной теории», «Водород – рождающий воду и
энергию», «Галогены») идет преобладание механизмов внутрипредметной
интеграции на основе закона сохранения энергии, но с использованием
знаний учащихся, полученных на других предметах (биология, география,
ОБЖ и др.) и жизненного опыта школьников.
Следующий этап изучения химии (9 кл.) начинается с конкретизации и фундаментализации знаний по разделу «Химические реакции» посредством внутри- и межпредметной интеграции полученных
школьниками знаний (8 кл.) с содержанием курса физики («Строение
вещества», «Температура», «Внутренняя энергия», «Тепловые машины» –
Ю.И. Дик, А.А. Пинский; «Тепловые явления» – С.В. Громов, Н.А. Родина; «Тепловые явления» – Е.М. Гутник, А.В. Перышкин и др. [128]).
На этом этапе формируется понятие о химической реакции как энергетическом явлении, связанном с разрывом и образованием химических
связей. На уроках вводятся новые понятия, предшествующие изучению
основ термодинамики и кинетики: «Энтальпия», «Энтропия», «Теплота
и работа», «Энергия Гиббса», «Скорость химической реакции», «Катализ
и катализаторы» и др. Необходимо уточнить, что термодинамические
понятия вводятся по усмотрению педагога, так как не предусмотрены
федеральным компонентом государственного стандарта.
Следующий раздел – «Растворы и ТЭД» – также рассматривается с
позиций учения о процессе на основе закона сохранения вещества и энергии с использованием механизмов межпредметной интеграции, в первую
очередь с курсом биологии [109, 110]. Разделы «Элементынеметаллы
и их важнейшие соединения», «Металлы» и «Химическая технология»
изучаются на основе учения о химическом процессе с позиции закона
сохранения энергии (внутрипредметная интеграция) с использованием
межпредметной интеграции с курсами физики, биологии, географии,
истории, ОБЖ и др.
Таким образом, у выпускника основной школы формируется определенный конгломерат (система) химических знаний, необходимый для
дальнейшего образования и самообразования.
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химическое образование средней (полной) школы в рамках профильного обучения реализуется по двум направлениям: базовый уровень
(гуманитарный профиль) и профильный уровень (естественнонаучный
профиль). И в том и другом случае содержание химического компонента
строится на конгломерате химических знаний школьников основной
школы с последующей реализацией интеграции на высшем уровне функционирования – методологическом синтезе.
Профильный уровень предполагает рассмотрение химических процессов с позиций термодинамики (физика 10 кл. В.А.Касьянов «Молекулярная физика», Г.Я. Мякишев «Молекулярная физика. Термодинамика»,
Ю.И. Дик, В.А. Коровин, В.А. Орлов, А.А. Пинский «Молекулярная
физика. МКТ. Термодинамика») и кинетики на основе закона сохранения
материи – основного закона природы.
Химическое образование на старшей ступени (10511 кл.) предусматривает использование факультативных и элективных курсов, содержание
которых составляет вариативный блок теоретической модели интегративных занятий по химии как средства формирования мотивов школьников
к изучению предмета. Примерная тематика таких курсов, в соответствии
с выдвинутыми целями, задачами и дидактическими принципами, предложена в виде модулей, которые в зависимости от условий могут быть
легко заменены на другие.
Таким образом, содержательный компонент, а именно тематическая
его часть, может быть представлен в виде схемы (см. рис. 2.1.6).
Вопросам изучения в школьном курсе химии основ химического
процесса с энергетических позиций в разное время уделяли большое
внимание ученые5методисты: Н.С. Ахметов, Е.В. Береснева, Т.А. Веселова, О.С. Зайцев, Э.Г. Злотников, Н.Е. Кузнецова, И.А. Леенсон,Г.
И. Шелинский, Ю.Б. Яковлев и др. [8, 9, 13, 10, 63, 64, 66, 67, 36, 170,
175]. Однако эти авторы не рассматривали возможность использования материала по энергетике химических процессов, в частности,
закона сохранения энергии, в качестве интегратора ко всему школьному курсу химии. Использование этого единого интеграционного
центра позволяет привести химические знания школьников к единой
высокоупорядоченной открытой системе, т.к. определяет дальнейшее
ее развитие (процессы с нетепловыми формами движения энергии,
самоорганизация материи и т.д.).
А. Эйнштейн говорил, что термодинамика – это единственная теория универсального содержания, относительно которой, я убежден, что
в пределах применимости ее основных понятий она никогда не будет
опровергнута.
2.1.6. Организационноуправленческий компонент теоретической модели интегративных занятий по химии представлен подсистемой, ин66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.1.6. Система содержания учебного материала интегративных
занятий по химии в средней школе
тегрирующей основные общие и специфические методические средства
различных форм интегративных занятий по химии, направленных на
формирование устойчивых мотивов школьников к изучению предмета,
обеспечивающих качество химического образования. В подсистеме
выделены три блока, включающие методические средства разных форм
организации интегративных занятий: интегративный урок (основная
урочная форма), интегративный элективный курс (внеурочная форма)
и внешкольные занятия.
Как и в случае содержания учебного материала наиболее полное и
эффективное функционирование интеграционных процессов может
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
быть обеспечено посредством единого всеобъемлющего интегратора.
В соответствии с целями и задачами интегративных занятий по химии,
поставленных нами, на роль такого интегратора может претендовать
стимуляционномотивирующая ситуация.
Под стимуляционно<мотивирующей ситуацией надо понимать сознательно вызванное высокоэмоциональное состояние ученика, детерминирующее личностно<значимые условия для удовлетворения собственных желаний,
потребностей, стремлений, направленных на достижение учебных целей,
поставленных педагогом, и принятых обучаемым.
Познавательная потребность актуализируется у человека в том случае,
когда он не может достичь цели с помощью известных ему способов действий, знаний. Для практики обучения особенно важно положение о том,
что мышление не может быть сведено к функционированию уже готовых
знаний. С.Л. Рубинштейн выдвинул требование раскрыть мышление
прежде всего как продуктивный процесс, способный приводить к новым
знаниям и «воспитанию подлинного, самостоятельного, продуктивного,
творческого мышления [132, с.142]». Мышление определяется как процесс,
который составляет непрерывное взаимодействие человека с объектом
познания. «…Объект в процессе мышления включается во все новые связи
и в силу этого выступает во все новых качествах, которые фиксируются
в новых понятиях; из объекта, таким образом, как бы вычерпывается все
новое содержание; он как бы поворачивается каждый раз другой стороной,
в нем выявляются все новые свойства [132, с.9899]». Процессы мышления
включают анализ и синтез, абстрагирование и обобщение.
В ходе педагогических исследований было выявлено, что наиболее
ярко продуктивные процессы мышления выступают при постановке и
решении человеком различных проблем, выдвигаемых жизнью. Правомерность этого положения подтверждается тем, что проблемность
– неотъемлемая черта познания, так как наличие проблем обусловлено
всеобщей взаимосвязью и взаимообусловленностью явлений в мире.
Мышление же, являясь опосредованным познанием, берет свое начало
в проблемности познания. С.Л. Рубинштейн, например, отмечал, «что в
наиболее чистом и ярко выраженном виде мышление выступает именно
там, где оно само доходит до знаний, открывает их [132, с.5253]».
Положение о соотношении внешних и внутренних условий психического развития личности помогает понять, почему одно и то же педагогическое воздействие (внешнее условие, стимулирование), например,
объяснение учителя на уроке, дает в процессе обучения школьников столь
различные результаты. Дело в том, что внутренние условия развития
каждого ребенка очень индивидуальны. Таким образом, чтобы получить
адекватные результаты, педагог должен позаботиться о создании соответствующих внутренних условий мышления у всех учащихся.
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Что же понимают психологи под внутренними условиями мышления?
В каждом конкретном случае в число внутренних условий мышления
как познавательной деятельности человека входят личностные особенности мыслящего субъекта, его мотивы, выражающиеся в том или ином
отношении к задаче, его установки, прошлый опыт и приобретенные
знания, его способности. В качестве внутренних условий выделяются
соответствующая продвинутость мышления и его логический строй,
формирующийся в процессе освоения некоторой элементарной системы знаний (под влиянием объективной логики изучаемого предмета) и
служащий необходимой предпосылкой для освоения системы знаний
более высокого порядка [45, с.1112].
С.Л. Рубинштейн и его сотрудники установили следующий основной
факт: «…Возможность освоения и использования человеком предъявляемых ему извне знаний – понятийных обобщений и способов действия
или операций – зависит от того, насколько в процессе собственного его
мышления созданы внутренние условия для их освоения и использования
[133, с.232]». «Человек доподлинно владеет лишь тем, что сам добывает
собственным трудом [134, с.34]».
В качестве одной из главных психических реальностей при исследовании творческих процессов мышления была открыта проблемная
ситуация, которая, как отмечают психологи, является начальным моментом мышления, источником творческого мышления, помогающая
разрешить вопросы не только управления процессом усвоения знаний,
но и формирования и развития мотивов учения школьников. Именно
проблемная ситуация помогает вызвать определенную познавательную
потребность у обучаемых, дать необходимую направленность их мысли
и тем самым создать внутренние (личностнозначимые) условия для
усвоения учебного материала, обеспечив таким образом возможность
управления со стороны педагога этим процессом. Вот почему в качестве внутренней сущности мотивационностимулирующей ситуации мы
рассматриваем проблемную ситуацию.
Д.Н. Богоявленский и Н.А. Менчинская утверждали, что для пробуждения мысли важно возникновение проблемной ситуации, так как она,
стимулируя мыслительную деятельность учащихся в процессе учения,
помогает обеспечить то деятельное состояние мозга, которое является
необходимым условием для образования новых связей [16].
Проблемная ситуация рассматривается как одно из главных условий
возникновения познавательных мотивов, так как она помогает школьникам осознать тему урока в учебной деятельности, специально для
этого организуемой учителем. Главное преимущество использования
проблемных ситуаций в отличие от простого словесного разъяснения
учителя заключается в том, что проблема не ставится извне, а возникает у
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
самого школьника в процессе его работы. А это ведет к тому, что мотивы
ученика совпадают с целью решения проблемы. Возникшая на основании собственной деятельности учащегося проблема обладает большой
побуждающей силой, что способствует «принятию» ее учеником.
Важные данные о роли проблемной ситуации в учебном процессе
получены в области психологии памяти. Исследования А.А. Смирнова
[145] и П.И. Зинченко [40] показывают, что при создании проблемных
ситуаций процесс запоминания оказывается наиболее эффективным.
Наибольшую трудность для педагогов представляет сам процесс
создания проблемных ситуаций. Так, по проведенным И.А. Ильницкой
исследованиям, до 80% опрошенных учителей не могут привести примеры проблемных ситуаций или приводили неверно. Многие склонны
были любой вопрос, заставляющий ребенка воспроизводить полученную
информацию, называть проблемной ситуацией. Особенно трудно для
учителей создание системы проблемных ситуаций при изучении целого
раздела, в то время как это очень важно для развития творческого мышления школьников [45].
Чтобы разрешить это противоречие (между необходимостью и неумением создания проблемных ситуаций), необходимо определить: «Что
такое проблемная ситуация?», «Что она в себя включает?», «Каковы ее
основные компоненты?»
Наиболее четко и последовательно компоненты проблемной ситуации разработаны психологом А.М. Матюшкиным [96, с.2847]. В качестве
основного компонента А.М. Матюшкин и др. выделяют неизвестное,
раскрываемое в проблемной ситуации (то есть новое усваиваемое отношение, способ или условие действия). Поэтому, чтобы создать проблемную ситуацию в обучении, отмечает А.М. Матюшкин, нужно поставить
школьника перед необходимостью выполнения такого задания, при котором подлежащие усвоению знания будут занимать место неизвестного.
Для того чтобы мыслительный процесс совершался, нужны мотивы, побуждающие ученика думать. Именно мотив служит той движущей силой,
которая помогает включиться в мыслительную деятельность. Каким же
образом создается этот мотив? Как вызвать в ребенке потребность в открытии нового? Почему учащиеся усваивают более обобщенные знания
при поиске неизвестного в проблемной ситуации?
Видимо, потому, что столкновение с трудностью при выполнении
конкретного задания, предложенного учителем, побуждает интерес,
желание, стремление найти ответ. Учащийся оказывается перед необходимостью открыть то общее отношение, свойство, способ, которые
помогут ему выполнить это задание. Уже сам факт столкновения с трудностью, невозможностью выполнить предложенное задание с помощью
имеющихся знаний и способов действия рождает потребность в новом
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
знании. Эта потребность и является основным условием возникновения
проблемной ситуации и одним из главных ее компонентов.
Психологи установили, что ядром проблемной ситуации должно быть
какоето личностнозначимое для человека рассогласование (противоречие)
между известным или еще неизвестным, которое требуется открывать.
Однако при столкновении с трудностью у ученика может и не возникнуть познавательный мотив (противоречие не будет создано), если
задание, которое должно выявить затруднение у обучаемых, дается без
учета их возможностей (интеллектуальных возможностей и достигнутого ими уровня знаний). Поэтому в качестве еще одного компонента
проблемной ситуации А.М.Матюшкин и др. выделяют возможности
учащегося в анализе условий поставленного задания и усвоении (открытии) нового знания. Не слишком трудное, не слишком легкое задание не
способствует возникновению проблемной ситуации.
Итак, в психологическую структуру проблемной ситуации входят
три компонента [96]:
1. Неизвестное, которое должно содержать видимое или подразумеваемое противоречие, рассматриваемое в качестве движущей силы
процесса познания. Осознание противоречия учеником порождает у него
потребность в действии, т.е. создает его мотивированность.
2. Познавательная потребность, мотив деятельности для разрешения
возникшего противоречия.
3. Интеллектуальнопознавательные возможности ученика, включающие в себя его творческие способности и имеющийся жизненный опыт,
причем, чем выше познавательные возможности ученика, тем больше
информации и тем более общие отношения могут быть предоставлены
ему в качестве неизвестного.
Таким образом, первый компонент проблемной ситуации составляет
ее предметносодержательную сторону, второй – мотивационностим
улирующую, а третий выражает ее объективноличностный аспект. В
соответствии с этими особенностями психологической структуры проблемной ситуации А.Н. Матюшкин дает следующее определение этому
понятию:
Проблемная ситуация – особый вид мыслительного взаимодействия
субъекта и объекта; характеризуется таким психическим состоянием, возникающим у субъекта (учащегося) при выполнении им задания, которое
требует найти (открыть или усвоить) новые, ранее неизвестные субъекту
знания или способы действия [96, с.139].
Большинство педагоговисследователей проблемную ситуацию рассматривают, прежде всего, как ситуацию затруднения (Ю.К. Бабанский,
И.Я.Лернер, М.И. Махмутов). Однако многие ученые обращают внимание не только на затруднение; в качестве основного звена проблемной
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ситуации они выделяют противоречие (Д.В. Вилькеев, Б.Г. Зильберман,
А.М. Матюшкин, С.И. Мелешко, М.Н. Скаткин). Большой интерес
представляет следующее положение С.Л. Рубинштейна: «Особенно
острую проблемность ситуация приобретает при обнаружении в ней
противоречий. Наличие в проблемной ситуации противоречивых данных
с необходимостью порождает процесс мышления, направленный на их
«снятие» [132, с.15]».
Противоречия между познавательными задачами, выдвигаемыми
ходом учебного процесса и достигнутым уровнем знаний и умственного
развития учащихся, М.А.Данилов считал движущими силами обучения
[28, с.30]. Однако М.А.Данилов обращал внимание на то, что побуждает
к деятельности лишь осознанное противоречие, которое заостряют и
реплики педагога, и анализ учениками собственного опыта.
Итак, проблемная ситуация характеризует определенное психическое
состояние обучаемого, возникающее в процессе выполнения задания,
которое помогает ему осознать противоречие между необходимостью
выполнить задание и невозможностью осуществить это с помощью
имеющихся знаний; осознание противоречия пробуждает у учащегося
потребность в открытии (усвоении) новых знаний о предмете, способе
или условиях выполнения действия.
«Важнейшим признаком правильной логики объяснения нового
материала учащимся является то, что каждое новое понятие, закон
оформляются в сознании обучаемого как ответ на возникающий у них
или поставленный учителем вопрос и как необходимое логическое построение, обусловленное анализом фактического материала, предлагаемого
педагогом [28, с.141]».
Таким образом, проблемная ситуация, в нашем понимании, – это ядро
стимуляционно*мотивирующей ситуации, выраженное в психическом состоянии интеллектуального затруднения школьника, вызванном осознанием
им противоречия между необходимостью и возможностью выполнения
учебного задания.
В процессе осознания школьниками возникающего (созданного,
стимулируемого) противоречия при выполнении поставленной учителем и принятой ими учебной задачи обучаемые приходят к пониманию
необходимости интеграции знаний и умений.
Анализ психологопедагогической литературы свидетельствует о том,
что до сих пор ни в психологии, ни в дидактике, ни в частных методиках
отдельных предметов нет единого мнения относительно исходных принципов классификации проблемных ситуаций.
Психологический подход к классификации проблемных ситуаций
осуществлен А.М. Матюшкиным [96, с.3747]. В основу он положил три
общих основания:
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Действие:
а) неизвестное – цель (предмет действия);
б) неизвестное – способ действия;
в) неизвестное – новые условия действия.
2. Уровень развития учащихся.
3. Уровень интеллектуальных возможностей ребенка.
Е.Л. Мельникова [100] разделяет проблемные ситуации по критерию
эмоционального переживания: а) с удивлением; б) с затруднением явным;
в) с затруднением скрытым.
Гносеологический подход реализован в классификациях Т.В. Кудрявцева [57] (три типа несоответствий, доходящих до противоречий: а)
между старыми, уже усвоенными знаниями и новыми фактами; б) между
старыми, уже усвоенными знаниями и более высоким уровнем знаний
одного характера; в) между научными знаниями и донаучными, житейскими, практическими), Р.А. Хабиба [163] (три рода противоречий: а)
формальнологический; б) познавательный; в) психологический). М.И.
Кругляк [56] предлагает виды проблемных ситуаций, которые наталкивают учащихся на понимание причинной обусловленности развития
изучаемых явлений и установку причинноследственных связей.
Дидактический подход к классификации использовали Ю.К. Бабанский [11] (приемы создания проблемных ситуаций: аналитический,
синтетический, использования сравнений, классификаций и систематизации), М.И. Махмутов [98] (наиболее употребительная классификация,
основанная на способах создания проблемных ситуаций: а) при столкновении учащихся с жизненными явлениями, фактами, требующими
теоретического объяснения; б) при организации практической работы
школьников; в) при побуждении обучаемых к анализу жизненных явлений, приводящих их в столкновение с прежними житейскими представлениями об этих явлениях; г) при формулировании гипотез; д) при
побуждении школьников к сравнению, сопоставлению и противопоставлению; е) при побуждении учеников к предварительному обобщению
новых фактов; ж) при исследовательских заданиях.
Наиболее оптимальной для учебного процесса можно считать классификацию проблемных ситуаций, предложенную Н.Е. Кузнецовой и
М.А. Шаталовым [60]. Они выделяют:
1. Ситуации неожиданности – создаются при ознакомлении учащихся
с учебным материалом, вызывающим удивление, поражающим своей
необычностью.
2. Ситуации конфликта – возникают при наличии противоречия между:
а) теоретически возможным способом решения учебной задачи,
найденным учащимся на основе своих знаний интегрального характера,
и невозможностью его практического осуществления;
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) практически достигнутым результатом (известным фактом) и недостаточностью только предметных знаний для его теоретического обоснования;
в) жизненным опытом учащихся, их бытовыми понятиями, представлениями и научными знаниями.
3. Ситуации опровержения – создаются, когда обучаемым на основе
всестороннего интегративного анализа предлагается обоснованно доказать несостоятельность какого-либо предположения, идеи, вывода,
гипотезы, проекта и т.п..
4. Ситуации предположения – возникают, когда предполагается
существование какоголибо явления или закона, теории и т.д., расходящегося с полученными ранее интегральными знаниями, или же требуется
доказать справедливость какоголибо предположения.
5. Ситуации неопределенности – создаются, когда учащимся предъявляют задание с недостаточными или избыточными данными для получения однозначного ответа.
В качестве еще одного важного способа создания проблемной ситуации
можно выделить введение эпиграфа к уроку (эпиграф от греч. epigraphe
– надпись, цитата или краткое изречение, предваряющее сочинение или отдельный его раздел, в котором поясняются замысел, идея произведения или его
части. Кудрявцева Т.С., Пухаева Л.С., Арзуманова Р.А. Словарь иностранных
слов. – М.: ЮНВЕС. – 2001. – 384 с.) с последующим его обсуждением в
конце урока. Этот прием позволяет интегрировать естественнонаучные и
гуманитарные методы обучения, стимулировать познавательную активность и рефлексию собственной деятельности школьников.
В педагогике выделяют следующие приемы вывода из проблемной
ситуации [100]:
1. Учитель «заостряет» противоречие и сообщает учебную проблему.
2. Учащиеся самостоятельно осознают противоречие и формулируют
учебную проблему.
3. Педагог побуждает учеников осознать противоречие и сформулировать учебную проблему в диалоге.
При выходе из проблемной ситуации возможны следующие типы
действий учащихся и соответствующие им приемы учителя:
– воспринимающие действия учащихся – сообщение учителем противоречия и проблемы, а также предложение способов ее разрешения;
– самостоятельные действия учащихся – отсутствие специальных
приемов учителя;
– совместные (с учителем) действия учащихся – побуждающий к
осознанию противоречия и формулированию проблемы диалог.
Когда проблемная ситуация будет принята учеником к решению,
тогда она станет мотивом к началу мышления. В этом случае говорят о
том, что проблемная ситуация переросла в учебную проблему.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Под учебной проблемой на основании определения, выдвинутого
Н.Е.Кузнецовой и М.А. Шаталовым [60], нужно понимать форму практической реализации, созданной в процессе обучения стимуляционно
мотивирующей ситуации, определяющую направление мыслительной
деятельности школьника и побуждающую к учебной деятельности по
интеграции знаний и способов действий с целью усвоения новых понятий, нового способа учения.
Следует особо подчеркнуть, что мотивы как побудительная сила деятельности и как ее субъективная сторона придают учебной деятельности
школьников по решению проблем целенаправленный характер. Они
связывают воедино целевую, процессуальную и мотивационную стороны
интегративного занятия, а их развитие является важнейшим условием
повышения в нем активности и самостоятельности учащихся.
В качестве основы учебной деятельности школьников по решению
учебных проблем в разное время были предложены различные методы.
М.И.Махмутовым была предложена классификация методов, основанная
на соотношении в обучении таких функций учителя, как [97]:
а) изложение и объяснение новых знаний;
б) организация самостоятельной учебнопознавательной деятельности учащихся.
В зависимости от преобладания в учебном процессе одной из них
выделяется несколько методов:
– монологическое изложение;
– диалогическое изложение (подводящий и побуждающий диалоги);
– эвристический;
– поисковый;
– исследовательский.
На наш взгляд, наиболее конкретной и оптимальной является классификация методов обучения, предложенная В.В. Гузеевым [26].
Основанием для классификации были определены: а) начальные
условия; б) промежуточные задачи; в) способы решения промежуточных
задач (см. рис. 2.1.7).
Учитель, идущий в класс, должен владеть всеми элементами этой
Рис. 2.1.7. Модель методов обучения (по В.В. Гузееву)
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
модели. Вопрос таков: какие из элементов этой модели ученик получит
в готовом виде, а какие станут результатом его самостоятельных усилий?
Ответ на этот вопрос и будет характеристикой того или иного метода
обучения. Рассмотрим все возможные схемы.
Если ученик знает от учителя, из какого значения надо исходить
(данные), через какие промежуточные задачи (проблемы) надо пройти
при изучении темы, каким образом их решить (способы), то его функции
сводятся к запоминанию и воспроизведению. Таким образом, можно
говорить об объяснительноиллюстративном (репродуктивном) методе
посредством монологического, показательного и диалогического изложения (см. рис. 2.1.8).
Рис. 2.1.8. Объяснительноиллюстративный (репродуктивный) метод
обучения (по В.В. Гузееву)
Если ученику неизвестны промежуточные задачи, но открыто все
остальное, то имеем программированный метод обучения. Действительно, ученик знает, из чего исходить и что делать. Получив результаты по
первой программе действий, надо перейти ко второй и т.д. до получения
планируемых результатов. Главное понятие программированного метода
обучения – обучающая программа – совокупность материала и предписаний для работы с ним (см. рис. 2.1.9).
Рис. 2.1.9. Программированный метод обучения (по В.В. Гузееву)
В случае, когда открыты промежуточные задачи (проблемы), но способ их решения не сообщается, ученику приходится пробовать разные
пути, пользуясь множеством эвристик, и так повторяется после получения каждого объявленного промежуточного результата. Перед нами
традиционная схема эвристического поиска, т.е. эвристического метода
обучения (см. рис. 2.1.10).
Рис. 2.1.10. Эвристический метод обучения (по В.В. Гузееву)
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Если ученику неизвестны промежуточные задачи (проблемы) и пути их
решения, то его поиск приобретает более сложный характер. В этом случае
мы имеем дело с проблемным методом обучения (см. рис. 2.1.11).
Рис. 2.1.11. Проблемный метод обучения (по В.В. Гузееву)
В последнее время все более популярным становится метод, при котором исходные условия не выделяются учителем, а отбираются самим
учеником в зависимости от его понимания задачи (проблемы). Из этих
условий он получает результаты, сравнивает их с планируемыми. При
необходимости возвращается к началу, вносит изменения в начальные
условия и вновь проходит весь путь. И так до тех пор, пока школьник
либо достигнет планируемых результатов, либо докажет, что это невозможно. Весь этот процесс напоминает исследовательский процесс
моделирования, вследствие чего метод и получил название модельного
(см. рис. 2.1.12).
Рис. 2.1.12. Модельный метод обучения (по В.В. Гузееву)
Главные достоинства этой классификации – простота и технологичность.
Исходя из вышеизложенного, организационноуправленческий
компонент теоретической модели интегративных занятий по химии в
школе можно представить в виде схемы (см. рис. 2.1.13).
Mind Mapping (англ.) – создание и использование карт мыслей или идей
по поводу той или иной темы, отражение тематических представлений в
форме (чаще всего) «карты<дерева».
В школьном образовании преимущественно используется традиционная линейная форма организации процесса изучения темы (раздела):
после общего введения отдельные вопросы излагаются по очереди,
обычно всё более и более комплексно. Связи с повседневной жизнью
(опытом) ученика зачастую рассматриваются в самом конце темы (раздела) не в последнюю очередь изза того, что они представляют собой
наиболее интегральные темы. Недостатком такой формы является то, что
собственные интересы ученика слишком долго не удовлетворяются; обучаемый не имеет возможности выбора темы (раздела) в целом и зачастую
оказывается не готов ждать интересующих его вопросов, тем более что в
длительном процессе они просто оказываются забытыми.
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.1.13. Модель организации интегративных занятий по химии
в средней школе
Mind Mapping предоставляет возможность с самого начала получить
обзор темы (раздела), выявить её интегральность, сформулировать вопросы, предложить план изучения и не терять его из виду в течение всего
учебного процесса. Ученики акцентируют внимание (свое и учителя)
на личностнозначимые вопросы (проблемы) данной темы (актуализация потребностей), что позволяет педагогу реализовать личностную
ориентацию в обучении и качественно подготовиться к созданию
стимуляционномотивирующих проблемных ситуаций на уроках по
данной теме. Горизонтальные связи в содержании учебного материала
устанавливаются с самого начала, что обеспечивает оптимальность
функционирования внутри- и межпредметной интеграции. Школьник,
предлагая свои варианты Mind Mapping, становится непосредственным
участником (заказчиком) организации учебновоспитательного процесса, что активно способствует устранению формализма в образовании и
мобилизует ученика на рефлексию.
Технология Mind Mapping достаточно проста: школьникам предлагается назвать все ключевые слова, которые приходят им в голову в
связи с названной темой (интеграционный центр), затем эти пункты
упорядочиваются, систематизируются по областям. Обозначенные пункты оформляются вокруг центра (темы) в форме дерева (необязательно,
возможны варианты), где роль веток играют различные тематические
области, к которым, как плоды, «подвешиваются» выделенные пункты.
Методически это представляет собой очень хороший способ вхождения
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в тему (раздел) для большой группы обучаемых, предоставляющий возможность каждому школьнику, при относительно небольших затратах
времени, назвать тот аспект, который ему значим, и существует гарантия,
что эти аспекты в учебном процессе не будут забыты.
В отличие от простой группировки идей, понятий и т.п., Mind
Mapping, с одной стороны, обеспечивает обозримое упорядочение отдельных кластеров, а с другой – способствует появлению новых ответвлений
или связей между ветвями, т.е. обеспечивает развитие.
Например, коллективный Mind Mapping по теме «Вода» 8го класса
можно представить в виде схемы (рис. 2.1.14).
Mind Mapping может использоваться в учебном процессе разными
способами: как вхождение в тему (раздел) – урокпанорама; как урок
подведения итогов (повторение, закрепление, обобщение); для фиксации
результатов обсуждения; для документирования проекта; как помощь в
обучении; творческое домашнее задание и др. Существует возможность
узнать чтолибо о представлениях и предварительном опыте школьника,
что весьма ценно при подготовке и проведении интегративных занятий
по химии.
Рис. 2.1.14. Mind Mapping по теме «Вода»
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Диагностика срезовых работ учащихся и педагогическое наблюдение
позволяют утверждать, что использование Mind Mapping оптимально
стимулирует формирование у школьников системных знаний и обобщенных умений (наблюдения, сравнения, анализа, синтеза, установления причинноследственных связей, обобщения, моделирования)
с переходом к методам познания (индукции, дедукции и интуиции).
Систематическое использование данного метода приводит к определенному совершенствованию Mind Mapping, что свидетельствует о развитии
креативного мышления школьников.
Ученики явно заинтересованы в составлении карт мыслей, так как
это облегчает им учебный труд, совершенствует умения составлять и
использовать учебный конспект, дает начальные представления о проектной деятельности.
Суммируя вышеизложенное, можно утверждать, что в данных условиях школьник осознает процесс познания как личностнозначимый и,
следовательно, использование Mind Mapping активизирует формирование внутренних устойчивых мотивов учащихся к изучению предмета.
Использование в качестве эпиграфа к уроку афоризмов, изречений,
литературных цитат великих мыслителей (ученых, поэтов, политиков
и др.) позволяет интегрировать гуманитарные и естественнонаучные
методы обучения, что приводит к оптимизации процесса формирования
интегрального стиля мышления (ценностных отношений) и мотивов
школьников к изучению химии.
Например, к уроку по теме «Промышленный синтез аммиака» можно
использовать афоризм Софокла: «Люди всегда осыпают проклятиями
всё то великое, что входит в их жизнь», или изречение Луи де Бройля:
«Каждый успех наших знаний ставит больше проблем, чем решает».
Блок средств в структуре и функционировании интегративных
занятий по химии, наряду с учебноматериальными, составляют специфические дидактикометодические (химический язык, химический
эксперимент) и психологопедагогические (познавательные задания)
средства.
Интегральное познавательное задание – учебное задание, предполагающее
поиск новых системных знаний, способов (обобщенных умений) и стимуляцию активного использования в учении интеграционных процессов (связей,
синтеза).
Интегральные познавательные задания можно разделить на три типа:
1. Задания, требующие в процессе решения использования системных
знаний и обобщенных умений.
Например:
а) вычислите изменение средней скорости движения молекул газа при
повышении температуры от 27О С до 327О С;
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) известно, что при понижении температуры на 10О С, в соответствии
с правилом Вант Гоффа, скорость химического процесса уменьшается в
24 раза. Тем не менее, если у человека температура тела падает хотя бы
на 2О С3О С, это приводит к серьезным, часто необратимым последствиям. Объясните этот факт.
2. Задания, содержащие интегральную информацию.
Например:
а) сколько времени потребуется альпинисту, чтобы сварить яйцо
вкрутую на высоте 6000 м, где давление равно 47,19 кПа и вода кипит при
800 С, если принять температурный коэффициент реакции денатурации
яичного белка равным 4?
б) сиккативами называют вещества, ускоряющие процесс высыхания
масляных красок. Почему при изготовлении художественных красок
никогда не пользуются «свинцовым» сиккативом?
3. Задания, в ходе решения которых школьники получают новые
системные знания.
Например:
а) при 170 С сердце лягушки совершает 30 сокращений в минуту, а
при 27О С – 60 сокращений в минуту. Какова частота сокращений сердца
лягушки при 20О С, 25О С и 30О С?
б) человек, находясь на сорокаградусной жаре, потерял с потом 0,5 л
воды. На сколько градусов нагрелось бы его тело, если бы он был лишен
возможности потеть?
Большей эффективности достигают интегральные познавательные
задания, в которых сочетаются все три типа.
Например:
а) согласно имеющимся оценкам, 5% населения планеты носит на
себе 5 млн. т лишнего жира. Сколько энергии заключено в этом жире?
Сколько людей в течение года можно накормить избыточно потребленными этой частью населения продуктами, если одному человеку в
среднем в день нужно 2656,34 ккал энергии?
б) небольшое количество инертного газа аргона вводится в колбу
лампы накаливания для предотвращения испарения вольфрама с нити.
Какой объем аргона, при нормальных условиях, необходим для заполнения колбы объемом 0,2 л при давлении 173 Па?
Сознательный анализ условий проблемного задания осуществляется путем постановки общих и специальных вопросов, позволяющих
выяснить, что дано в задании и что требуется найти. С помощью
вопросов намечаются предварительные преобразования условий
задания для достижения искомого. Формулирование вопросов
при поиске неизвестного в проблемной ситуации свидетельствует
о таком этапе поиска неизвестного в проблемной ситуации, когда
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
она преобразуется в теоретическую (учебную) проблему, в которой
неизвестное выступает как искомое, требуемое знание. Например,
создана проблемная ситуация неожиданности: потребность организма в кислороде не всегда одинакова, когда человек сидит, он потребляет в час 10 – 12 л кислорода, а во время усиленной работы – 60 и
даже 100 л. Известно, что в 5 л воды способно раствориться 100 мл
(н.у.) кислорода. В нашем организме 5 л крови. В состав кровяной
плазмы входит 90% воды. Налицо явное противоречие: минимально
требуемое количество кислорода в 100 раз больше того количества,
которое может раствориться. Учитель правильно поставленными
вопросами (Каков объем воды в составе крови в организме человека?
Какой объем кислорода способен раствориться в нем? Какие еще
вещества, кроме воды, входят в состав крови? Каким образом организм обеспечивает себя таким большим количеством кислорода?)
создает условия для сознательного анализа учащимися проблемной
ситуации и преобразовании её в учебную проблему: обеспечение
кислородом организма или функциональная роль гемоглобина в
крови человека и т.п.
В качестве примера можно привести следующие формы познавательных заданий:
Упражнения – это познавательные задания, простые по составу и характеру выполнения, направлены на усвоение и совершенствование знаний, умений и навыков в процессе репродуктивной и частично поисковой
деятельности. Упражнения могут быть направлены на закрепление только
что изученного на уроке учебного материала, закрепление понятия или
закона, теоретических положений или ведущих идей, закономерностей,
темы или раздела курса химии.
Упражнения также могут быть использованы для создания проблемной ситуации при изучении нового материала, обобщений и закреплении
усвоенных ранее знаний, дополнении, углублении или расширении
имеющихся у школьников знаний по теме.
8 класс. Тема «Оксиды». При выполнении упражнения по классификации следующих оксидов – K2O; SO2; Al2O3; N2O5; MnO; CaO; Mn2O7;
CO2; P2O5; Cr2O3; CrO3, с последующим сравнением с эталонным ответом,
у учащихся возникает проблемная ситуация конфликта по отношению
оксидов марганца (VII) и хрома (VI) к кислотным оксидам. В то же время
ученикам известны такие вещества, как перманганат калия и дихромат
калия или аммония. В ходе анализа проблемной ситуации формулируется учебная проблема: в каких случаях оксиды металлов могут быть
отнесены к кислотным оксидам? Такая же ситуация может быть создана
с использованием несолеобразующих оксидов, таких как вода, угарный
газ, оксид азота (I) и т.п.
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ещё один пример. При изучении темы 8 класса по химии «Вода»
учащимся предлагается, на основании молекулярной структуры воды,
определить правильные ответы в перечне: температура плавления воды
– ниже 100О С, выше 100ОС; температура кипения воды – выше 1000ОС,
ниже 1000ОС; вода в твердом состоянии – пластична, хрупка; вода обладает свойством – проводника электрического тока, диэлектрика. При
выборе ответов у учащихся возникает проблемная ситуация конфликта.
С одной стороны, они знают, что молекулярные вещества являются
диэлектриками, с другой – житейский опыт подсказывает, что «вода»
хорошо проводит электрический ток. Таким образом, задается учебная
проблема: что мы понимаем под словом «вода» в повседневной жизни
или существует ли вещество «вода» в чистом виде в природе? Решение
данной проблемной ситуации может служить отправной точкой введения
понятия – растворы.
Химические задачи:
I. Познавательные задания с вопросительной ситуацией, включающие
в себя условие, функциональные зависимости и требование ответа.
II. Цель, поставленная в конкретных условиях, требующая применения известного, или изобретения нового способа для её решения.
Химические задачи имеют, в отличие от математических, свою
специфику, обусловленную тем, что химические формулы и уравнения
содержат в скрытом виде определённые числовые данные. Для решения
каждой задачи необходимо выяснить отношения между данными задачи и
искомой величиной, установить соответствующие им закономерности.
Химические задачи – самое популярное средство образования школьников и они широко используются для создания различных проблемных
ситуаций на уроке.
Например, ситуацию неожиданности при изучении темы 8го класса
«Вода» можно создать, предложив ученикам решить расчетную задачу:
«Человек, находясь на сорокаградусной жаре, потерял с потом 0,5 л
воды. На сколько градусов нагрелось бы его тело, если бы он был лишен
возможности потеть?» Приняв за удельную теплоёмкость тела удельную
теплоемкость воды и массу человека равную 50 кг, ученики должны
получить ответ: «Температура тела человека увеличится на 5,397О С и
составит 41,99О С». Полученная цифра вызывает удивление у учащихся
и желание выяснить причину. Таким образом, формируется учебная проблема – аномальные свойства воды. Эту же задачу можно использовать
для создания проблемной ситуации при изучении темы: «Вещества, их
строение и химические системы»» в 11м классе общего и естественнонаучного профиля.
Ситуацию конфликта можно создать при изучении темы 8го класса
«Галогены», используя задачу: «Определите энергии связей в двухатомных
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
молекулах галогенов, если тепловые эффекты синтеза фтороводорода,
хлороводорода, бромоводорода и иодоводорода равны соответственно
(270,9 кДж/моль), (92,4 кДж/моль), (36,1 кДж/моль) и (26,57 кДж/
моль), а энергия связи в молекуле водорода составляет 436 кДж/моль, фтороводорода – 568 кДж/моль, хлороводорода – 431 кДж/моль, бромоводорода – 366 кДж/моль и иодоводорода – 299 кДж/моль. Теплота испарения
брома и йода составляет 30 кДж/моль и 62,4 кДж/моль соответственно.
По полученным данным установите закономерность изменения прочности связи в молекулах галогенов и объясните её». Решив задачу, ученики
получают данные по энергиям связи в молекуле фтора – 159 кДж/моль,
хлора – 241 кДж/моль, брома – 193 кДж/моль, йода – 151 кДж/моль в
газообразном состоянии. Числовое значение энергии связи в молекуле
фтора выпадает из общей закономерности, хотя ученики знают, что чем
меньше радиус атомов, образующих связь, тем больше энергия связи.
Осознание учеником данной ситуации конфликта переходит в учебную
проблему, требующую рассмотрения строения молекул галогенов.
Используя задачу: «Ученик, желая получить водород, растворил 0,65 г
цинка в растворе азотной кислоты. Выделившийся газ школьник собрал
и провёл пробу на чистоту водорода. Ожидаемого эффекта не последовало. Ученик решил, что использованная кислота слишком разбавлена.
Прав ли он?». При изучении темы 9го класса «Азотная кислота» можно
создать ситуацию опровержения. Учащимся после всестороннего анализа приведенного факта предлагается выяснить причину неудавшегося
эксперимента. Возникает учебная проблема – взаимодействие азотной
кислоты с металлами.
Ситуация предположения может возникнуть при изучении темы
«Гидролиз солей» в 9м классе в ходе решения следующей задачи: «Для
полной нейтрализации 100 мл 0,1 М раствора гидроксида натрия ученик
использовал 100 мл 0,1 М раствора уксусной кислоты. После сливания
растворов школьник провел контрольную пробу индикатором. Изменение цвета индикатора указывало на щелочную среду раствора. В чём
ошибся незадачливый ученик?». При решении поставленной проблемы
девятиклассники предполагают о недостаточности их знаний относительно поведения веществ в растворах и формулируют учебную проблему
– взаимодействие солей с водой.
Ситуация неопределенности может быть задана при использовании
задач с избыточными или неполными данными для однозначного ответа.
Например, задача: «В некоторых учебниках и пособиях авторы используют задание: во сколько раз увеличится скорость синтеза аммиака, если
давление в сосуде увеличить в 3 раза. Как бы вы решили такую задачу?»
При выполнении задания школьники сталкиваются с проблемой, а
именно недостатком данных. В приведенном примере это отсутствие
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кинетического уравнения синтеза аммиака. Следовательно, в данном
виде задача нерешаема. Созданная проблемная ситуация формирует
учебную проблему – зависимость скорости химической реакции от
концентрации реагентов.
Для обеспечения большей эффективности и мобильности деятельности учащихся при решении расчетных задач нами были разработаны
интегральные наглядные пособия в виде таблиц.
а) основные формулы для расчетов по физике и химии;
б) структуры простых веществ;
в) основные классы неорганических соединений и генетическая
связь между ними;
г) растворимость неорганических веществ и цвета их растворов и
осадков;
д) электрохимический ряд напряжений металлов.
Весьма ценным приемом в интегративном обучении химии является анализ художественных произведений, а точнее, отрывков из них,
содержащих информацию, имеющую отношение к теме урока. Встреча
на уроке с любимыми произведениями, рассмотрение происходящих в
них событий в новом, неожиданном для учащихся ракурсе, вызывают
у них интерес к изучаемой теме, помогают создать на уроке ту особую
эмоциональную атмосферу, без которой невозможно формирование мотивов к изучению предмета и, безусловно, повышают уровень усвоения
и запоминания изучаемого материала за счёт эмоциональной реакции,
образования стойких ассоциативных связей и высокой проблемности.
Кроме того, использование художественной литературы предоставляет
учителю химии большие возможности для нравственного и эстетического
воспитания на уроке.
Рассмотрим возможности использования художественной литературы
на уроках химии на некоторых конкретных примерах. [74]
Так, при изучении темы 8го класса «Строение атома. Исторический
аспект» можно создать проблемную ситуацию, используя начало стихотворения В.Я. Брюсова «Мир электрона»:
Быть может, эти электроны –
Миры, где пять материков,
Искусства, знанья, войны, троны
И память сорока веков.
Ещё, быть может, каждый атом –
Вселенная, где сто планет,
Там всё, что здесь, в объеме сжатом,
Но так же то, чего здесь нет…
Учащимся после цитирования стихотворения может быть предложен
вопрос: «С какой моделью ассоциирует автор строение атома и почему?»
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В 9-м классе при изучении темы «Азот» учащимся можно процитировать отрывок из романа А.П. Казанцева «Пылающий остров» и привести
«химическую канву» сюжета произведения: на несуществующем острове
Аренида был обнаружен фиолетовый газ – чрезвычайно активный катализатор взаимодействия азота с кислородом: в его присутствии для
начала реакции достаточно зажечь спичку. Этот газ решили использовать
для уничтожения ряда стран. Учёный, открывший газ, решил помешать
этому и поджег воздух над островом, вследствие чего остров превращается в огромный завод, перерабатывающий азот и кислород земной
атмосферы в оксиды азота. Лишь усилия ученых многих стран помогли
спасти атмосферу Земли.
Затем можно предложить учащимся ответить на ряд проблемных
вопросов:
1) возможно ли взаимодействие азота с кислородом при стандартных
условиях? Почему?
2) происходит ли взаимодействие азота с кислородом в атмосфере?
Почему?
3) каким образом герои романа решили уничтожить ряд стран?
4) почему остров превратился в огромный реактор по синтезу оксидов
азота? Чем это грозит?
5) предположите, каким образом ученые в романе смогли спасти
атмосферу Земли?
6) оцените реальность существования такого катализатора;
7) как вы оцениваете полезность создания такого катализатора для
общества?
8) появилось ли у вас желание ознакомиться с произведением?
При изучении темы 9го класса «Фосфор» можно напомнить учащимся, что благодаря свойству фосфора светиться в темноте А.К. Дойл избрал
его в качестве средства придать такой устрашающий вид знаменитой
собаке Баскервилей из одноименной повести автора: «Чудовище лежало
перед нами … Его огромная пасть все ещё светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами.
Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои
пальцы тоже засветились в темноте. «Фосфор», – сказал я».
Затем учитель может создать проблемную ситуацию опровержения в
форме вопроса: «Как вы думаете, реален ли сюжет со светящейся собакой
в повести, если для этого использовали белый фосфор?» Также педагог,
используя факт свечения белого фосфора, может создать проблемную ситуацию предположения, организовав поисковую деятельность
учащихся по объяснению этого факта. По мере осознания проблемы
учащимися формулируется учебная проблема: взаимосвязь строения и
свойств различных аллотропных модификаций фосфора.
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При изучении электрохимического ряда напряжений металлов
и гальванических элементов в 9м классе по теме «Общие свойства
металлов» или в 11м классе по теме «Растворы электролитов и реакции, протекающие в них» рекомендуем использовать отрывок из
романа Ж. Верна «Двадцать тысяч лье под водой», в котором капитан
Немо знакомит профессора Арранакса с системой электропитания
«Наутилуса»:
– Вам известен состав морской воды. На тысячу граммов приходится девяносто шесть с половиной процента чистой воды, два и две трети
процента хлористого натрия, далее в небольшом количестве хлористый
магний и хлористый кальций, сернокислый магний, сульфат и углекальциевая соль. Вы видите, что хлористый натрий содержится в морской воде
в значительном количестве. Вот этотто натрий я выделяю из морской
воды и питаю им свои элементы.
– Хлористым натрием?
– Да, сударь. В соединении с ртутью он образует амальгаму, заменяющую цинк в элементах Бунзена. Ртуть в элементах не разлагается.
Расходуется только натрий, а мне его доставляет море. И надо сказать, что
натриевые элементы по крайней мере в два раза сильнее цинковых».
Используя данное произведение, точнее, отрывок из него, преподаватель вполне может создать проблемную ситуацию предположения,
поставив вопрос: «Каким образом капитан Немо использовал амальгаму
натрия для производства электроэнергии?», которая переходит в учебную проблему – электрохимические свойства соединений металлов и их
зависимость от природы металла.
Далее можно создать проблемную ситуацию опровержения, по мере
того как будет раскрыта сущность гальванических процессов – возможно ли использование натрия в гальваническом элементе, если да, то
эффективно ли это?
Также можно рассказать учащимся о том, что капитан Немо получал
натрий не электролизом расплава хлорида натрия, как его получают в
наши дни, а с помощью угля. Таким образом, возможно создание ситуации конфликта при изучении темы в 9м классе «Металлы главных и
побочных подгрупп», и, в конечном итоге, решение учебной проблемы
– получение щелочных и щелочноземельных металлов.
Строфа из стихотворения А. Ахматовой:
«На рукомойнике моём
Позеленела медь.
Но, так играет луч на нем,
Что весело глядеть…»
помогает учителю создать ситуацию конфликта при изучении темы в
8 классе «Основные классы неорганических соединений» или в 9 классе:
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«Общие свойства металлов» или в 11 классе «Металлы и их характеристика».
Богатые возможности использования художественной литературы
открываются и при изучении органической химии в 10 классе. Особенно
много в литературных произведениях описаний действия различных органических веществ на организм человека и их применения. Так, действие
на организм человека метана описано у Л. Кассиля во «Вратаре республики», хлороформа – в «Записках врача» В. Вересаева, метилового спирта
– в романе «Необыкновенное лето» К. Федина. При изучении белков и
их биосинтеза помощь учителю могут оказать романы А.П. Казанцева
«Купол надежды» и Г. Гуревича «Мы из Солнечной системы».
На основе анализа художественного произведения можно организовать целую творческую работу группы или одного учащегося. Например,
на материале главы XVII романа Ж. Верна «Таинственный остров». Ученикам можно предложить ознакомиться с данной главой произведения
и в письменном виде воспроизвести получение тринитроглицерина
Сайрусом Смитом.
Химические диктанты. В методике обучения химии применяются
собственно химикосимволические, графические, буквенные и цифровые диктанты.
Графический диктант проводится следующим образом:
а) ученики делают «заготовку»: на тетрадном листе проводят горизонтальную линию, делят её на равные отрезки по количеству вопросов
– утверждений:
б) учитель дает устно задания в форме утверждений (можно несколько
вариантов);
в) ученики при ответе «да» заполняют отрезки острыми углами вершинами вверх, при ответе ««нет»» – горизонтальной чертой, в результате
чего получается графическое изображение из условных знаков:
Например, ученикам предлагается ответить на ряд вопросов – утверждений. Вариант I – «Вода», вариант II – «Углекислый газ».
Вопросы – утверждения:
1. При стандартных условиях газ.
2. Имеет молекулярное строение.
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Молекула неполярная.
4. Молекула образована только σсвязями.
5. Не имеет запаха.
6. Вид гибридизации обусловливает плоскую форму молекулы.
7. В молекуле реализуются ковалентные полярные связи.
8. Проводит электрический ток.
9. Водный раствор имеет кислую среду.
10. Взаимодействует с кислотными оксидами.
11. Участвует в жизнедеятельности организмов.
12. Токсично для человека.
13. Применяется для тушения пожаров.
14. Избыточная концентрация ведёт к экологическому кризису.
15. Является основной составной частью атмосферы Марса.
16. Образуется в процессе дыхания.
17. Является причиной возникновения парникового эффекта.
18. Образуется в процессе горения органических веществ.
19. В твердом виде носит название «сухой лед».
20. В чистом виде в природе не существует.
Правильный ответ:
I вариант – «вода»
II вариант – «Углекислый газ»
Учителю полезно иметь заранее сделанный «ключ» – дешифратор
– ответ для быстрой проверки результатов графического диктанта.
Также можно использовать при ответах цифры или строчные буквы,
в этом случае диктанты будут называться цифровой или буквенный.
Дидактические игры – занимательные познавательные задания с игровой ситуацией, предназначенные для решения образовательных задач обучения химии и развития положительной мотивации учения школьника.
Игра – один из универсальных видов человеческой деятельности.
Она прошла путь развития, параллельный становлению и развитию человеческого общества. Игры включаются в процесс воспитания личности
человека с момента его младенчества и до глубокой старости. Они являются активным видом учебнопознавательной деятельности учащихся
в процессе обучения их в средней школе. Игровая форма организации
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обучения дает возможность учителю перевести любознательность учащихся к предмету в стойкий интерес к его изучению, повысить качество,
интенсивность, легкость и быстроту усвоения предметного материала. В
соответствии с этим наиболее эффективно включение дидактических игр
в процесс обучения химии на ранних этапах изучения предмета.
Дидактические игры способствуют:
1) развитию у школьников положительной мотивации к процессу
познания;
2) развитию познавательных способностей каждого ученика;
3) развитию мышления, внимания, сосредоточенности, памяти,
наблюдательности, сообразительности;
4) формированию умения применять имеющиеся знания, принимать
ответственные решения;
5) формированию критического отношения к окружающим учащегося объектам и явлениям;
6) формированию познавательной дисциплины;
7) воспитанию нравственных, коммуникативных, гуманистических
качеств личности.
Химические загадки – определение названия предмета, явления по
указанию некоторых признаков.
Химические загадки позволяют сделать процесс обучения химии
более интересным и продуктивным. Приведем примеры некоторых
химических загадок.
Логогриф – химическая загадка, в которой загаданное слово меняет
свое смысловое значение при прибавлении к нему или отнятии от него
букв. Например, от названия благородного газа отнимите две буквы и
получите название реки (радон – Дон) и т.п.
Метаграмма – загадка, в которой новое слово можно получить, заменив в исходном слове лишь одну букву на другую. Например, в названии
благородного металла замените одну букву и получите слово, образующее
топкое место (золото – болото).
Анаграмма – загадка, в которой новое слово получают из данного
путем переставления букв и слогов, а также при обратном чтении (справа
налево). Например, в названии химического элемента переставьте первую букву в конец слова и получите название одного из видов четырехугольника (бром – ромб).
Шарада – загадка, в которой загаданное слово состоит из частей,
являющихся самостоятельными словами. Например, начало слова
– химический элемент, конец – стихотворение, а целое растет, хотя и
не растение (борода).
Также к загадкам можно отнести различные кроссворды, сканворды,
ребусы и т.п.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Творческие задания – это наиболее трудные по характеру познавательные задания, требующие владения системой химических знаний,
умениями и опытом эвристической деятельности. Творческие задания могут быть предложены в форме самостоятельного составления
химических задач разного уровня по определенной теме, разработок
дидактических игр, составления кроссвордов, сканвордов, ребусов на
химические темы, а также литературнохудожественного творчества
учащихся.
Написание химических сочинений и сказок является творческим
познавательным заданием, в котором ученики отражают личное отношение к изучаемому материалу. Преподаватель может предложить его
по окончании изучения большой темы, как правило, после изучения
класса веществ или группы химических элементов. Перед предъявлением
задания педагог должен выяснить, какие вопросы, ключевые понятия
рассмотрены, с какими сложностями ученики встретились при изучении
темы и в чем их причина, какие наиболее яркие факты, закономерности,
аномалии выделяют школьники в предложенном учебном материале по
теме. При написании сказки учащихся нужно сориентировать на доступность, проблемность и научность текста. Предложить им написать
текст для младших брата или сестры, знакомых с целью заинтересовать
их содержанием и в доступной форме дать первоначальное понятие о
веществах, законах, процессах и т.д.
Значение таких работ для учащихся трудно переоценить. Их выполнение способствует формированию познавательного интереса к предмету,
более глубокому усвоению знаний, оказывает серьезное влияние на
нравственное и интеллектуальное развитие личности.
Знания человеку даны только в форме языка. Для выражения научных
знаний, в том числе и их основ, используются языки наук, естественные
и искусственные. Последние наиболее приспособлены для отражения
результатов познания в данной области науки. К ним относится и так
называемый химический язык, содержащий в своем составе химические
терминологию, номенклатуру и символику.
Без химического языка невозможно изучение основ химии. Язык
широко и активно используется на всех этапах обучения предмету и
является важным показателем знаний учащихся. С помощью химического языка передаются, усваиваются химические понятия, осваиваются
и используются разнообразные способы познавательной деятельности,
необходимые для осуществления учения.
Различные аспекты химического языка могут быть эффективно использованы для создания проблемных ситуаций на уроке. Например:
1. Ситуация неожиданности возникает при сообщении учащимся
факта, что смесь одного объёма азотной кислоты с тремя объёмами
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
соляной кислоты называют «царской водкой» с VIII в. Своё название
«царская водка» получила благодаря способности взаимодействовать
с золотом – «царём металлов». По мере осмысления факта учащимися
возникает учебная проблема – обусловленность свойств «царской водки»
свойствами азотной и соляной кислот. Эта ситуация может быть использована на уроке в 9м классе по теме «Азотная кислота» или «Металлы
I группы побочной подгруппы». Также полезно в данном случае предложить учащимся познавательную задачу по происхождению названия
«царская водка».
2. Ситуацию конфликта на уроке в 8м классе по теме «Кислород»
можно создать, предложив учащимся объяснить причину, по которой
кислороду дали такое название.
3. Ситуация опровержения может быть создана на заключительном
уроке по теме «Азот» в 9м классе использованием этимологии слова
«азот».
4. Ситуация предположения возникает на уроке в 8м классе по теме
«Химические формулы» при сообщении ученикам факта, что Д. Дальтон
использовал для обозначения атомов азота, водорода, кислорода, серы
соответствующие символы –
Далее следует вопрос – «Какие вещества обозначал Д. Дальтон следующими знаками:
5. Проблемным вопросом «Какая закономерность прослеживается
между старыми русскими и современными названиями веществ:
соляной спирт – хлороводородная кислота,
селитряной спирт – азотная кислота,
нашатырный спирт – раствор аммиака,
купоросное масло – серная кислота,
царская водка – смесь соляной и азотной кислот?» можно создать
ситуацию неопределённости, которая формирует учебную проблему – зависимость физических свойств вещества от его строения.
Также эффективно использование аспектов химического языка для
составления различных познавательных заданий по химии.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химический эксперимент выполняет триединую функцию образования, развития (памяти, мышления, эмоций, воли, мотивации и др.) и
воспитания (нравственного, трудового, эстетического, экономического
и др.). Он является источником и специфическим методом познания
химических объектов, решения учебных проблем и проверки гипотез.
С другой стороны, химический эксперимент является специфическим
средством иллюстрации химических явлений, средством исследования
учебных проблем, совершенствования, закрепления, применения знаний
на практике, доказательства истинности химических знаний, развития
и воспитания различных свойств личности.
При обеспечении качества химического образования необходимо
учитывать, что оно будет неполным без процесса решения учащимися
учебнопознавательных заданий практической направленности интегрального характера, предъявляемых преподавателем в форме соответствующего эксперимента и заданий к нему.
Основные цели, достигаемые посредством демонстрационного и
лабораторного химического эксперимента в системе интегративных
занятий по химии:
1. Усвоение важнейших методов исследования природы.
2. Раскрытие сущности химических явлений.
3. Формирование системы химических понятий.
4. Обеспечение более полного изучения понятий, законов, теорий.
5. Формирование умений применения знаний на практике.
6. Формирование и совершенствование практических экспериментальных умений.
7. Развитие интереса к предмету и формирование познавательной
мотивации.
8. Формирование общеучебных умений и творческих способностей.
9. Формирование специальных и базовых компетентностей школьника.
Технология постановки эксперимента в системе интегративных
занятий по химии предполагает следующие формы реализации демонстрационного и лабораторного опыта в логической цепочке познания:
I. Постановка эксперимента
создание проблемной ситуации
формулирование учебной проблемы
гипотезы
обсуждение
решение учебной проблемы
выводы.
II. Проблемная ситуация
учебная проблема
гипотезы
обсуждение
постановка эксперимента
решение учебной проблемы
выводы.
Рассмотрим на конкретных примерах технологии использования химического эксперимента на интегративных занятиях.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Демонстрационный эксперимент «Взрыв смеси перманганата калия
и магния» [31]/
Оборудование: полиэтиленовый баллон 250 см3, выпрямитель В24, защитный экран, штатив с лапкой и кольцом, кристаллизатор с песком.
Реактивы: порошок магния, перманганат калия кристаллический.
Ход эксперимента: соберите прибор для взрыва смеси магния с перманганатом калия (см. рис. 2.1.15).
Рис. 2.1.15. Прибор для демонстрационного эксперимента
по взаимодействию перманганата калия с магнием
Для этого возьмите полиэтиленовую прозрачную ёмкость от шампуня, сока, клея и т. п. объёмом 250 см3. В пробке баллона проделайте
шилом два отверстия на максимальном расстоянии друг от друга. В
отверстие вставьте электроды (вилка от штепселя), между которыми
зажмите нихромовую проволоку, предварительно закрученную в виде
спирали (спираль от лабораторной плитки открытого типа). Электроды с помощью проводников соедините с выходом выпрямителя. Затем
пробку ёмкости закрепите в лапке штатива и внесите в неё смесь из 2 г
сухого порошка перманганата калия и 0,3 г порошка магния. Закрутите
в крышку баллон. Сверху баллон накройте большим по размеру прозрачным пластиковым баллоном (например, ёмкость от газированной
воды), закрепив его в кольце штатива. Под собранный прибор поставьте
кристаллизатор с песком. Выпрямитель отставьте от реакционного сосуда
на 1,52,0 м. Включите выпрямитель в сеть и ручкой регулировки плавно
подайте напряжение. Через 46 сек. раздаётся взрыв, видна вспышка и
реакционный сосуд разрушается.
Этот эксперимент лучше всего использовать для создания ситуации
неожиданности при изучении тем: «Химические реакции» (9 класс), «Химическая динамика (учение о химических реакциях)» (11 класс), «Материя
и движение» элективный профильный или факультативный курс и др.
Перед учащимися возникает проблема: причина разрушения баллона,
которая трансформируется в учебную проблему – явления, сопровождающие прохождение химических реакций.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В ходе решения проблемы школьники составляют необходимые уравнения реакций и выдвигают гипотезы, одна из которых – возрастание
давления в баллоне в ходе выделения газа. Сделав необходимые расчёты,
учащиеся убеждаются, что весь выделенный при разложении перманганата калия кислород расходуется на окисление магния, следовательно,
причина разрушения иная. Правильным решением будет утверждение,
что баллон разрушается по причине увеличения давления вследствие
резкого увеличения температуры в баллоне. Своё решение учащиеся
подтверждают расчётом.
При изучении темы «Металлы главных и побочных подгрупп» в 9
классе» полезно предложить учащимся ряд проблемных заданий:
1. Возможно ли горение магния в атмосфере углекислого газа, в
воде?
2. Объясните причину применения магния при зарождении фотоискусства в качестве «фотовспышки».
3. Какие средства пожаротушения можно использовать для тушения
горящего магния?
При изучении в 11 классе темы «Химическая динамика (учение о
химических реакциях)» также можно предложить ученикам познавательные задания:
1. Попытайтесь в наиболее общем виде сформулировать, что вы понимаете под словом «взрыв».
2. Какие явления сопровождают взрывной процесс?
3. Какими способами можно предотвратить взрывное течение реакции?
4. Попытайтесь определить физические и химические основы взрывного процесса.
5. Попробуйте на данном эксперименте доказать закон сохранения
энергии – основной закон природы.
6. Порассуждайте на тему «Взрыв – враг, взрыв – друг».
После изучения темы курса химии 9 класса «Электролитическая диссоциация» учащимся предлагается практическая работа: «Экспериментальное решение задач на распознавание растворов различных веществ».
В рамках этой работы полезно предложить школьникам экспериментальное познавательное задание: «В медицине применяют водные растворы:
хлороводорода (8,2 – 8,4%), перманганата калия (0,5%), тиосульфата
натрия (30%), аммиака (10%), сульфата магния (20%), хлорида кальция
(10%), сульфата цинка, гидрокарбоната натрия, хлорида натрия, хлорида
калия, бромида натрия, бромида калия, йодида натрия, сульфата меди,
нитрата серебра (0,1%), пероксида водорода (3%). Идентифицируйте
каждый раствор, не используя других реактивов.
Учащиеся решают данную проблему сначала теоретически методом
составления таблицы, а затем проверяют решение экспериментально. Но
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
возможен и иной путь решения проблемы – сначала провести эксперимент попарным сливанием растворов, результаты которого заносятся в
таблицу, а затем идентифицируются растворы.
По окончании работы полезно предложить учащимся творческое
домашнее задание: используя дополнительные источники, определите
области использования данных растворов в медицине и на каких свойствах этих растворов основано данное применение.
Изучение темы «Гидролиз солей» в 9 классе целесообразно начать,
предложив учащимся демонстрационный эксперимент: «Изменение цвета индикатора в растворах солей». Для этого можно использовать растворы карбоната натрия, сульфата цинка, хлорида натрия. Проведение этого
демонстрационного эксперимента создаёт ситуацию предположения,
которая перерастает в учебную проблему: влияние строения вещества
на его свойства. В ходе решения данной проблемы выдвигаются гипотезы, в том числе и гипотеза взаимодействия ионов, образующих соль, с
водой, которые доказываются тоже экспериментально. Таким образом,
при доказательстве верной гипотезы учащиеся проводят лабораторный
эксперимент с растворами различных солей, на основании которого
формулируется вывод. По окончании решения выдвинутой учебной
проблемы учащимся можно предложить несколько познавательных
заданий, которые также рекомендуется выполнить с использованием
лабораторного эксперимента. Например:
1. Выявить и экспериментально доказать влияние температуры раствора на прохождение гидролиза.
2. Определить продукты взаимодействия растворов сульфида натрия и
хлорида алюминия. Обосновать сущность данной реакции.
Важное значение в подготовке и организации химического эксперимента в системе интегративных занятий отводится системе познавательных заданий к нему.
Формирование стратегии мотивационного управления необходимо
начать с диагностики учебных затруднений у учащихся. Для практического использования целесообразно объединить учебные затруднения
учащихся в три группы (см. табл. 2.1.4) [167].
Учебное затруднение ставит препятствие мотиву учения, образует
логический разрыв между сферой мотива и целью деятельности. Задача
педагога состоит не столько в том, чтобы самому устранить возникшее у ученика затруднение, сколько в том, чтобы создать условия для
сохранения и поддержания мотивов учения школьника. В ситуации
затруднения учитель, установив его диагноз, может использовать те
ключевые слова, которые приведены в табл. 2.1.4, и применять их со
специальными (предметными) заданиями. Таким образом, основа
мотивационного управления учением будет заложена в задании. Эф96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.1.4
Учебные затруднения и их преодоление (по Т.И. Шамовой)
фективность работы зависит от того, будут ли задания представлены в
системе или будут носить случайный характер. Поэтому, если содержание интегративных занятий по химии строится не как готовое знание,
а как система стимуляционномотивирующих проблемных ситуаций
и ученики самостоятельно подходят к обнаружению теоретических
положений, то у них формируется внутренняя, достаточно устойчивая
мотивация к изучению предмета.
Проблема – это определенная система знаний и доступной информации, в которой имеются несогласованные элементы и противоречивые
соотношения, что вызывает у обучающегося потребность в преобразовании системы в новую для устранения несогласованности и противоречий.
Разрешение проблемной ситуации, т.е. решение задачи, возможно с
привлечением новой информации, сопоставления её с имеющейся,
созданием новых связей среди элементов системы знаний, созданием
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
новых идей, новой информации, выдвижением гипотез и формулированием выводов, правил, законов и, возможно, даже созданием новой
научной теории.
Однако всегда следует помнить, что обучение может строиться на базе
прочных основ знаний. Именно поэтому одной из целей использования
интегративных познавательных заданий по химии является запоминание
формул и операций, использование которых формирует обобщенные
умения, которые позволят в дальнейшем решать различные проблемные
ситуации.
Психологами доказано, что одним из самых действенных способов
овладения знаниями является речь (устная или письменная). Чрезвычайно важно научить школьников пользоваться химическим (научным)
языком и четко выражать свою мысль. Поэтому ход решения задания,
идеи, возникшие при решении, и выводы следует ученикам сжато излагать письменно или обсуждать на занятиях.
До настоящего времени ещё не удалось окончательно узнать, как
решается проблема, но выработаны многочисленные рекомендации, как
следует подходить к решению задачи (выполнению задания).
Эта проблема наиболее глубоко и полно рассмотрена в фундаментальных трудах ученогометодиста Е.А. Шишкина [30, 171, 172].
Основываясь на работах Е.А. Шишкина [30, 171, 172] и рекомендациях О.С. Зайцева [35], мы составили краткую памятку школьникам для
выполнения интегративных познавательных заданий:
1. Внимательно ознакомьтесь с текстом задания, прочитав его несколько раз.
2. Попробуйте своими словами сформулировать текст задания, чтобы
он был более вам понятен.
3. Запишите условия и требования в удобной для вас форме: с помощью символов и условных обозначений, с помощью рисунков и т.д.
4. Четко сформулируйте цель задачи. Поставьте перед собой вопрос – зачем
это задание вам предложено, что нового может дать решение задач?
5. Представьте себе, что вы действуете в условиях задачи и ищите
выход из затруднения. Задайте себе как можно больше вопросов – почему? Зачем?
6. Мысленно переберите в памяти случаи, хотя бы отдаленно напоминающие описание задания. Проведите аналогии и попытайтесь использовать прежний опыт в данной ситуации. Старайтесь максимально
использовать все имеющиеся у вас знания, приобретенные при изучении
других дисциплин, почерпнутые из научнопопулярной литературы,
жизненного опыта. Но имейте в виду, что прежний опыт не всегда приемлем в новых условиях, требующих новых знаний, и может привести
к неправильным результатам.
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Составьте список недостающих данных, которые вам предстоит
найти в справочной литературе.
8. Попробуйте составить алгоритм (план действий) по решению данной проблемы. Для этого разбейте проблему на несколько составляющих
её более мелких проблем. Определите промежуточные задачи.
9. Выдвигайте как можно больше всевозможных идей и гипотез по
решению проблемы (игнорируя, очевидно, абсурдные). Запишите их.
Помните, что нестрашно выдвинуть неправильную гипотезу, обидно
пропустить верную.
10. Составьте для решения необходимые уравнения реакций и отберите нужные математические уравнения. Если это необходимо, преобразуйте их.
11. Произведите все необходимые математические действия с заданной точностью.
12. Помните, что с размерностью числовых величин выполняются те
же самые алгебраические операции. Несоответствие размерности полученной величины говорит о неправильности преобразований.
13. Сравнивайте (оценивайте) полученные результаты. Выпадение
численного значения свойства объекта из определенной закономерности
указывает на его аномальное поведение, что может быть причиной возникшей проблемы и является ключом к её решению.
14. Проверьте полученное решение, составив и решив обратную задачу, или используя полученные результаты в новых условиях.
15. Подумайте, какие еще сведения можно получить из данного решения? Постарайтесь из полученных данных вычленить и сформулировать
новую проблемную ситуацию.
Человек, способный ставить и объяснять проблемы, – это человек с
творческим мышлением!
Для учителей можно предложить следующие рекомендации к оценке
выполнения учеником интегративного познавательного задания:
1. Число обнаруженных и сформулированных проблем. Поиск проблемы намного более трудоемок и сложен, чем её последующее решение.
Это должно учитываться при оценке.
2. Число решений (правильных или близких к правильным) заданной
проблемы, число подходов к решению и т.п.
3. Перечисление факторов, влияющих на процесс, свойства веществ,
ответственных за поведение вещества в описываемом явлении.
4. Интегральность подхода к решению проблемы. Например, число
привлекаемых к решению теорий из различных дисциплин, способов
действий, математических операций.
5. Соблюдение внутренней логики науки (строение вещества
термодинамическая часть процесса
кинематическая часть процесса.
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Описание осуществляется в последовательности закономерностей перехода с низшего уровня организации вещества на более высокий).
6. Осуществление операций систематизации и классификации предлагаемых данных.
7. Расположение признаков или факторов в порядке понижения их
значимости, ответственности за прохождение процесса.
8. Обнаружение наибольшего числа признаков общности и различия
у объектов.
9. Число критических замечаний, выявленных недостатков и
ошибок.
10. Качество научной речи (химического языка) легко оценивается по
числу и точности использованных в описании или объяснении научных
терминов.
Преподаватель должен поощрять любой ответ обучаемого кроме абсурдного, и стараться обсуждение решений предоставлять самим учащимся. Школьники должны быть обязательно ознакомлены с критериями
оценки их работы и с предъявляемыми к ним требованиями.
2.1.7. Результативно*оценочный компонент включает уровневую методику определения качества: химических знаний и специфических умений;
системных знаний и интегрированных умений школьников; динамики
развития мотивов обучаемых к изучению предмета и их самооценку;
сформированности у обучаемых ценностных отношений (интегральный
стиль мышления) – составляющих систему допрофессиональных компетентностей учащихся (см. рис. 2.1.16).
Знания – результат процесса познания действительности, отражающий ее
в сознании человека в виде представлений, суждений, понятий, гипотез, теорий, принципов, концепций, законов, закономерностей и др. [146, с. 242].
Умения – освоенные субъектом способы выполнения действия, обеспечиваемые
совокупностью приобретенных знаний и навыков [146, с. 804].
Ценностные ориентации (отношения) – отражение в сознании человека
ценностей, признаваемых им в качестве стратегических жизненных целей и
мировоззренческих ориентиров [146, с. 869] (см. 1.2. «Интегральный стиль
мышления»).
Система (системные) знаний(я) – знания об объектах окружающего мира, о языках, о методах познания теорий, законов, закономерностей
смежных наук, о технологии производств, о социально*значимых проблемах,
мировоззренческие знания. Вообще – комплексное знание об объекте, функционирующее за счет, главным образом, структурно*функциональных связей и
содержательно*логических связей.
Обобщенные (интегрированные) умения – умения систематизировать,
устанавливать причинно*следственные связи, практически использовать
знания из разных областей, кодировать и декодировать информацию, перено100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 2.1.16. Интегративная система допрофессиональных
компетентностей учащихся
сить знания в нестандартные условия, комплексно и системно решать учебные
проблемы.
Интегративная (блочномодульная) методика анализа качества
образования – методика для анализа и оценки качества относительно самостоятельных и специфичных блоков (знаний, умений и
ценностных отношений) и их модулей. Интегративность этой методики обусловлена тем, что она реализует в комплексе разнообразные
критерии, качественные показатели, количественные параметры,
методы компонентного (В.И. Ростовцева) и пооперационного (А.В.
Усова) анализа, письменные контрольные и творческие работы, эк101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
спериментальные творческие работы, тесты разного типа, рейтинг,
анкеты и др. [116].
При оценке знаний школьника реализуется критерий «качество
знаний». При определении качества знаний выделяют их: полноту,
глубину, системность, осознанность, прочность. Диагностируемыми
характеристиками качественного овладения знаниями являются 5
уровней их сформированности: 1 – узнавание; 2 – неполное воспроизведение; 3 – воспроизведение; 4 – интеграция и применение; 5
– трансформация. В образовательной практике средней общей школы
обозначенные уровни трансформируются в пятибалльную систему
[34, 47, 111, 140].
Качество сформированных умений (обобщенных и специфических
предметных) представляет собой существенную определенность интегрального характера. В этой качественной определенности интегратором
выступают интеллектуальные (логические, интеграционные и доказательные) умения, формируемые общелогическими методами обучения
(индукция, дедукция, аналогия, анализ, сравнение, обобщение, абстрагирование, конкретизация, систематизация, интуиция).
При анализе и оценке качества специфических предметных (химических) умений следует выделять следующие их группы:
организационнохимические (готовить рабочее лабораторное место, выполнять химические задания и т.п.);
содержательноинтеллектуальные (применять специфические методы химической науки, использовать химические законы и теории);
информационнокоммуникативные (общаться на химическом
языке, кодировать, декодировать и перекодировать информацию с химического языка и наоборот);
химикоэкспериментальные (планировать и выполнять химический
эксперимент);
расчетновычислительные (решать расчетные, расчетноэкспери
ментальные и качественные химические задачи);
оценочные (давать оценку химическим объектам и процессам с
их участием);
изобразительнографические (представлять химические объекты
и процессы графически);
конструктивномоделирующие (собирать установки, приборы,
модели, макеты, аппараты химических объектов);
самообразовательные (самостоятельно повышать свой «химический
уровень», осуществлять информационный поиск, изучать литературные
источники, проводить домашний эксперимент, осуществлять самостоятельно выбранную индивидуальную образовательную траекторию по
изучению химии);
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
проектировочные (планировать и осуществлять различные образовательные и исследовательские проекты химической направленности)
[116].
При измерении качества умений целесообразен пооперационный
анализ [157].
Для оценки коэффициента сформированности обобщенных (интегрированных) умений разработана номинальная шкала:
а) способность увидеть проблему в изучаемом материале и сформулировать её – 6 баллов;
б) выдвинуть предположение – 3 балла;
в) обосновать предположение – 5 баллов;
г) определить направление поиска – 3 балла;
д) решить проблему – 5 баллов;
е) проверить решение теоретически и экспериментально – 5 баллов;
ж) сделать выводы – 3 балла.
Всего 30 баллов.
КСФ = КФ/КМАХ,
где КСФ – коэффициент сформированности обобщенных (интегративных) умений, КФ – количество набранных баллов, КМАХ – максимальное
количество баллов.
Для указанной номинальной шкалы была составлена интервальная
шкала, границы интервалов которой соответствуют наиболее часто
встречающимся вариациям:
а) 1 – 0,73 – высокий уровень сформированности КСФ (5);
б) 0,72 – 0,43 – средний уровень сформированности КСФ (4);
в) 0,42 – 0,17 – низкий уровень сформированности КСФ (3);
г) 0,16 – 0 – очень низкий уровень сформированности КСФ (2).
Для установления уровня сформированности общеучебных умений определяется коэффициент сформированности по пяти смысловым группам:
а) различение (умение отличать объект, процесс, явление от их аналогов по существующим признакам);
б) запоминание (предполагает возможность воспроизведения услышанного материала, не требующего понимания);
в) понимание (предполагает умение устанавливать причинно-следственные связи. Отличать причину и следствие);
г) применение (умение применять знания на практике);
д) трансформирование (умение применять знания в нестандартных
условиях).
Ключ к обработке:
0 баллов – умение отсутствует;
1 балл – умение сформировано частично;
2 балла – умение сформировано полностью.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
КОУ = КФ / КМАХ* 100%,
где КФ – фактическое количество баллов, КМАХ – максимальное количество баллов.
На основе расчёта предложена шкала интервалов:
а) 0,80 (80%) – 1(100%) – оптимальный уровень (5);
б) 0,50 (50%) – 0,70 (70%) – допустимый уровень (4);
в) 0,30 (30%) – 0,40 (40%) – низкий уровень (3);
г) 0,20 (20%) и ниже – критический уровень сформированности (2).
Для оценки способностей учащихся к интеграции запаса теоретического и фактического материала используется следующая номинальная
шкала:
а) ограничивается описанием фактов – 2 балла;
б) вскрывает причины явления – 4 балла;
в) указывает на функциональную зависимость – 6 баллов;
г) применяет теоретические положения – 8 баллов;
д) аргументирует свой опыт с помощью химического языка или модели – 10 баллов.
Всего 30 баллов.
КС = КФ/КМАХ,
где КФ – фактическое количество баллов, КМАХ – максимальное
количество баллов.
Для указанной номинальной шкалы составлена интервальная шкала,
границы интервалов которой соответствуют наиболее часто встречающимся вариациям:
а) 1 – 0,73 – высокий коэффициент способностей (КС) (5);
б) 0,72 – 0,43 – средний коэффициент способностей (КС) (4);
в) 0,42 – 0,17 – низкий коэффициент способностей (КС) (3);
г) 0,16 – 0 – очень низкий коэффициент способностей (КС) (2).
Одним из критериев эффективности развития мотивации
учения школьников является показатель анкетирования, выраженный средневзвешенной величиной, вычисляемой по формуле
X = Σf I Х I/n i ,
где ХI – определённый балл из всей совокупности;
f I – частота появления каждого балла;
ni – количество учащихся.
Для выявления уровня сформированности развития мотивов
познания, учебных достижений и самообразования мы выделяем пять
уровней, которым соответствует определенное количество баллов:
низший (05 баллов), средний начальный (610 баллов), средний
продвинутый (1115 баллов), высокий (1620 баллов), высший (2125
баллов). Каждому уровню соответствуют определенные признаки
развития мотива.
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Мотиву познания школьника соответствуют: 1) наличие вопросов
по изучаемой теме; 2) наличие интереса к содержанию учебного материала; 3) предложение решения учебных проблем; 4) использование
дополнительной литературы; 5) динамика и стабильность оценок по
предмету.
Мотиву учебных достижений школьника соответствуют: 1) участие в
обсуждении предложенных вопросов и проблем; 2) выбор степени сложности задания; 3) готовность к сотрудничеству с учителем и учениками;
4) эмоциональное отношение к уроку; 5) величина итоговых оценок по
предмету.
Мотиву самообразования школьника соответствуют: 1) самостоятельное формулирование проблем по ходу изучения учебного материала;
2) темп самостоятельной работы на уроке; 3) регулярность выполнения
домашних заданий; 4) выбор дополнительных заданий; 5) результативность участия во внеурочной учебной деятельности.
Степень выраженности каждого признака оценивается по пятибалльной шкале.
Контроль и учет знаний и умений – это важнейшие составные части
образовательного процесса.
Контроль (от фр. controle < contre – против, role – список, двойной
список) – проверка, наблюдение с целью проверки.
Контроль в химическом довузовском образовании – это определение
состояния объема и качества химических знаний, умений и ценностных
отношений каждого обучаемого и всего ученического коллектива (группы) в соответствии с требованиями государственного образовательного
стандарта [140].
Учет – приведение в систему информации по контролю.
В дидактике химии различают следующие виды контроля:
предварительный – контроль, осуществляемый с целью установления необходимого для усвоения учебного материала уровня знаний и
умений школьников, приступающих к изучению нового раздела (темы,
курса);
текущий – контроль, осуществляемый в ходе повседневной работы,
в процессе каждого занятия (мониторинг качества усвоения учащимися
знаний и умений);
периодический – контроль, осуществляемый за логически законченной частью учебного материала (темы, раздела, курса) в конце
четверти, семестра, года;
итоговый – контроль, осуществляемый в конце изучения курса.
Различают следующие методы контроля: устный, письменный,
практический, комбинированный, реализуемые в различных формах
(см. табл. 2.1.5).
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2.1.5
Методы и формы контроля (по М.С. Пак)
Методы контроля
Устный контроль
и самоконтроль
Письменный
контроль
и самоконтроль
Практический
контроль
и самоконтроль
Комбинированный
контроль
Формы контроля
Индивидуальный и фронтальный опрос, беседа,
комментирование ответов, доклад, сообщение, зачет,
коллоквиум, дискуссия и др.
Диктант (символический, графический, цифровой),
контрольная работа, тесты, решение задач, дидактические игры и др.
Химический эксперимент, конструирование и моделирование химических объектов, компьютерная
графика.
Расчетноэкспериментальные задачи, выпускная работа, экзамен, творческая работа.
Наиболее актуальным представляется системный контроль, подразумевающий такую организацию контроля качества знаний, при которой
учёту, контролю и оцениванию подлежат все элементы учебной и познавательной деятельности, которые выполняют обучаемые в процессе
изучения данного курса, при этом реализуются мониторинг качества
обученности через систематический рейтинг и принцип гуманизации в
обучении. Систематический рейтинг оценки качества обученности может
быть представлен в виде табл. 2.1.6 [154, с. 4257].
Таблица 2.1.6
Систематический рейтинг оценки качества обученности школьников
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2. Методика интегративных занятий по химии
в средней общей школе
«Мышление начинается с удивления».
Аристотель.
В соответствии с теоретической моделью и поэтапной методикой подготовки (см. табл. 2.2.1) и проведения интегративных занятий по химии нами
были разработаны методические рекомендации к проведению уроков по
темам программ курса химии 811 классов, естественнонаучного и общего
Таблица 2.2.1
Поэтапная методика подготовки и проведения
интегративных занятий по химии в современной школе
Прединтегративный этап (подготовка к занятию)
Определение темы и места урока; интеграция целей и задач урока посредством ведущей
идеи качества образования; выбор эпиграфа к уроку; анализ содержания урока и выделение учебных элементов; установление внутрипредметных связей с учебными элементами предыдущих уроков и межпредметных связей с учебными элементами смежных
дисциплин; интегрирование учебных элементов в единую целостную систему знаний
посредством интегратора; формулирование учебнопроблемных ситуаций по теме урока;
отбор методических средств постановки и решения проблемы; отбор познавательных
заданий интегрального характера, адекватных решаемой учебной проблеме; определение
критериев оценки системных знаний и интегративных умений школьников; проектирование домашнего задания.
Интегративный этап (урок)
Экспозиция Актуализация темы и знаний учащихся. Акцентирование внимания на
интегративный характер знаний. Эпиграф к уроку. Стимулирование
школьников к учебной деятельности.
Завязка
Создание стимуляционномотивационной проблемной ситуации и
формулирование учебной проблемы. Целеполагание урока. Стимулирование интереса к учебной деятельности и актуализация познавательных потребностей школьников. Вскрытие интегративного характера
учебной проблемы. Направление учебнопознавательной активности
учащихся.
Основное
Оценивание противоречия, сущности учебной проблемы. Единство
действие
реализации интеграционных процессов становится методологической
основой, принципом: выдвижения гипотезы и построения плана решения для проверки ее истинности или ошибочности, подтверждения
или опровержения выдвинутой гипотезы. Мотивация поиска решения
(учения).
Развязка
Нахождение решения и доказательство его правильности. Интеграция
знаний и способов деятельности. Мотивация учебных достижений и
познания.
Постинтегративный этап (урок и домашняя работа)
Рефлексия
и оценивание
результатов
деятельности
Творческое применение системных знаний и интегративных умений в
качестве средства дальнейшего познания, решения новых творческих
задач и основы для постановки новых, взаимосвязанных с решенными,
учебных проблем. Анализ эпиграфа. Мотивация самообразовательной
деятельности, учебных достижений и познания.
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
профиля под редакцией профессора Н.Е. Кузнецовой, 811 классов общеобразовательных учреждений автора Н.С. Ахметова и соответствующих
учебников [8, 9, 10, 63, 64, 65, 66, 67, 125, 126, 127].
Приведем примеры методических разработок уроков отдельных тем
школьного курса химии.
2.2.1. 8 класс. Тема: «Химические реакции. Закон сохранения массы
и энергии» [125].
Тема: «Первоначальные химические понятия» [8].
Тема урока: «Сущность химических реакций и признаки их протекания.
Тепловой эффект химической реакции».
Ведущая идея: формирование знаний о химическом процессе с энергетических позиций как базовой теории ко всему курсу химии средней
общей школы.
Общая дидактическая цель создание условий для: выработки умений
конструктивного решения учебных проблем, формирования системных
знаний, развития мотивации учения школьников.
Задачи урока:
1. Создать цепь проблемных ситуаций как необходимое условие
для развития логического и абстрактного мышления учащихся методами наблюдения, сравнения, обобщения, индукции, дедукции и
интуиции.
2. Стимулировать у обучаемых развитие умений формулировать
учебную проблему, определять цели, задачи и находить пути их решения, используя творческий потенциал и элементы исследовательской
деятельности.
3. Сформировать понятие о химической реакции в свете
атомномолекулярного учения на энергетических принципах.
4. Рассмотреть важнейшие признаки и условия прохождения химических реакций с энергетических позиций.
5. Развивать самостоятельность и практическую активность школьников, навыки грамотно излагать свою точку зрения и доказательно
отстаивать её.
6. Оптимизировать условия формирования и развития мотивов
школьников к изучению химии.
7. Формировать интегральное мышление школьников через раскрытие взаимосвязей химических и физических процессов, математических,
естественнонаучных и гуманитарных методов исследования, показ красоты процесса познания как ценность для человека.
Ведущая учебная проблема (УП) темы: внутренняя сущность химического процесса как форма движения вещества и энергии.
Главная учебная проблема урока: «Почему прохождение химических
реакций сопровождается выделением или поглощением энергии?»
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Интеграционные связи:
а) внутрипредметные (вещество с позиций АМУ, химические формулы, количество вещества, химические и физические явления);
б) межпредметные (математика – уравнения, графики функций,
система координат; физика – молекулы, диффузия, теплота, внутренняя
энергия вещества, температура).
Эпиграф к уроку: «Нет ничего нелепее для натуралиста, чем мнение,
будто чтолибо может произойти без причины». Цицерон
Экспозиция
Дидактическая задача: подготовка учащихся к работе на уроке, организация действий школьников, направленных на решение проблем и
достижение целей урока.
Деятельность педагога: сообщение темы урока, акцентирование внимания школьников на эпиграфе к уроку, блицопрос в форме вопросов –
а) все вещества состоят из ……………………………………. (из частиц);
б) частицы, образующие вещество, между собой ………….. (связаны);
в) частицы, образующие вещество, совершают …………….. (движение);
г) химическая реакция – это ……………………………….. (процесс, сопровождающийся образованием нового вещества);
д) все химические реакции сопровождаются …………………………..
(выделением или поглощением энергии).
Деятельность учащихся: восприятие темы урока и эпиграфа, ответы
на вопросы.
Метод: репродуктивный.
Форма организации деятельности: фронтальная, самостоятельная работа.
Показатель результатов решения задачи: внимание учащихся и активность при блицопросе.
Завязка
Дидактическая задача: создание стимуляционномотивирующей
проблемной ситуации посредством демонстрационного эксперимента.
Деятельность педагога:
1. Проведение демонстрационного эксперимента «взрыв смеси водорода с воздухом».
Реактивы и оборудование: прибор для получения газов или аппарат
Киппа. Вскрытая с одной стороны небольшая (150300 см3) жестяная
(консервная) банка с маленьким отверстием в дне. Гранулы цинка. Раствор 1М серной кислоты.
Выполнение. 1. Перевернув банку вверх дном таким образом, чтобы
был доступ воздуха, наполнить её водородом из аппарата Киппа или
ППГ. Лучинкой поджечь газ у отверстия. Водород загорается и горит
почти невидимым пламенем. Горение сопровождается высоким звуком,
109
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
тон которого становится все выше и выше. По мере выгорания водорода
в банку поступает воздух. Когда достигается определенное соотношение
между водородом и кислородом, пламя проскакивает внутрь, и происходит взрыв, силой которого банка подбрасывается вверх. На внутренних
стенках банки образуются капельки воды.
2. Постановка проблемы «Почему произошел взрыв?»
3. Формулирование учебной проблемы.
4. Постановка учебной цели: выяснить внутреннюю сущность химической реакции.
Деятельность учащихся: осознание проблемы, участие в формулировании учебной проблемы и постановке цели.
Метод: эвристический.
Форма организации деятельности: фронтальная.
Показатель результата решения задачи: эмоциональное восприятие
демонстрационного эксперимента, активное участие в обсуждении его,
предложения по формулировке учебной проблемы и постановке цели
занятия.
Основное действие
Дидактическая задача: организация поиска решения.
Деятельность педагога: 1. Побуждающий и подводящий диалог в
форме вопросов (Какое явление наблюдали? Какие признаки?).
2. После выяснения исходных веществ и продукта реакции учащимся
предлагается смоделировать химическую реакцию с помощью шаростержневых моделей или графически под руководством учителя (рис.2.2.1).
Рис. 2.2.1. Схема синтеза воды
3. Выделяются основные этапы (стадии) прохождения реакции (разрыв связей в реагентах, диффузия отдельных частиц, образование новых
связей в продукте).
4. Подведение учащихся к осознанию того, что данная модель не
даёт ответа на вопрос, почему произошёл взрыв, так как не отражает
изменения энергии в ходе процесса.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Побуждение школьников к выходу из затруднения с помощью математической модели – графика, который отражает изменение энергии по
ходу процесса (во времени).
Деятельность учащихся: работа по моделированию.
Метод: эвристический.
Форма организации деятельности: групповая (в парах).
Показатель результатов решения задачи: активное обсуждение в группах
(парах), вопросы преподавателю, создание модели.
Развязка
Дидактическая задача: создание условий для нахождения верного решения
и доказательство его.
Деятельность педагога: 1. Составление графика прохождения процесса с использованием подводящих вопросов (Какую величину нужно
использовать в качестве ординаты? (энергия) Абсциссы? (время) Что
принять за начальную точку графика? (внутреннюю энергию реагентов)
Как изменяется энергия на первой стадии процесса? (возрастает) Как
ведёт себя график? Что показывает высшая точка на графике? (образование свободных (активных) атомов) Как изменяется энергия на последней стадии процесса? (убывает) Как ведет себя график? Что означает
конечная точка, спроецированная на ось ординат? (внутренняя энергия
продукта) (рис. 2.2.2).
Рис. 2.2.2. Графическая схема процесса синтеза воды
2. Задаются вопросы по графику (энергии в ходе данной реакции
больше выделяется или затрачивается? (выделяется) Почему? (внутренняя энергия продукта меньше, чем у реагентов). Что происходит с
избыточной энергией? (выделяется в виде тепла, звука, движения).
3. Формулирование выводов (химическая реакция (процесс, явление)
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– движение веществ,сопровождающееся изменением их состава, структуры и энергии, посредством разрыва связей в реагентах и образования
новых связей в продуктах; реакции проходят с выделением энергии, если
внутренняя энергия продукта меньше внутренней энергии реагентов. Такие реакции называются экзотермическими (от греч. exo – вне, снаружи
и therme – тепло). Выделившаяся энергия может принимать различные
формы: тепловую, механическую, звуковую, электрическую и др. Для
прохождения химической реакции необходима определенная энергия
для достижения активного состояния частиц – энергия активации (ЕА).
Количество выделившейся энергии в ходе химической реакции определяется только начальным (внутренняя энергия реагентов) и конечным
(внутренняя энергия продукта) состоянием процесса, называется тепловым эффектом и соответствует на графике Q.
4. Предлагается учащимся построить график процесса разложения
воды электрическим током на водород и кислород [66, с. 37, 38] и сделать
соответствующие выводы.
Деятельность учащихся: участие в диалоге и самостоятельной работе по
составлению графика.
Метод: объяснительноиллюстративный и проблемный.
Форма организации деятельности: индивидуальная.
Показатель результатов решения задачи: активность обучаемых в диалоге и самостоятельность в выполнении задания, правильное составление
графика (рис. 2.2.3),
Рис. 2.2.3. Графическая схема процесса разложения воды
корректно составленные выводы (реакции проходят с поглощением
энергии, если внутренняя энергия продуктов больше внутренней энергии
реагентов. Такие реакции называются эндотермическими (от греч. endon
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– внутри и therme – тепло). Поглощаться энергия из окружающей среды
может в различных формах: тепловой, электрической, световой и др.
Энергия активации эндотермических процессов больше энергии активации экзотермических процессов. Эндотермические процессы требуют
постоянной затраты энергии. Количество поглощенной энергии (– Q)
определяется только начальным и конечным состояниями процесса и
называется тепловым эффектом).
Рефлексия и оценивание результатов деятельности
Дидактическая задача: мобилизация учащихся на рефлексию, актуализация и оптимизация знаний учащихся для изучения следующей
темы.
Деятельность педагога: формулирование общих выводов (1. Внутреннюю сущность любого химического процесса определяет движение (изменение) вещества и энергии. 2. Все химические процессы по энергетическому
признаку делят на эндо и экзотермические (– энергетические). 3. Изменение энергии в ходе химической реакции определяется только начальным
состоянием (внутренней энергией реагентов) и конечным состоянием (внутренняя энергия продуктов) процесса. 4. Химические реакции с указанием
теплового эффекта (+ Q; – Q) называются термохимическими. 5. Энергия
в ходе химических реакций может поглощаться или выделяться в различных формах, что определяет внешние признаки процесса); побуждение
школьников к анализу эпиграфа, пояснение домашнего задания (учебник,
проблемный вопрос «верно ли отражают суть химического процесса термины: эндотермический, экзотермический, термохимический?»), домашний эксперимент: «проведите эксперимент по взаимодействию раствора
уксусной кислоты (Н3ССООН) (уксус 7%9%) с пищевой содой (NaHCO3)
и на основании наблюдений и умозаключений постройте график данной
реакции с учетом того, что продуктами будут являться вода (Н2О), углекислый газ (СО2) и ацетат натрия (Н3ССООNа), сделайте выводы», оценивание
работы школьников.
Деятельность учащихся: запись выводов, обсуждение эпиграфа, первичное осмысление и принятие домашнего задания.
Метод: эвристический.
Форма организации деятельности: индивидуальная.
Показатель результатов решения задачи: записи в тетради, комментарии к эпиграфу, уточняющие вопросы по домашнему заданию.
Учащиеся после изучения темы должны знать /понимать:
– определение химической реакции, экзотермической реакции,
эндотермической реакции, энергии активации, теплового эффекта химической реакции;
– важнейшие понятия – внутренней сущности химической реакции
как формы движения вещества и энергии, активированного состояния
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
частиц, формы движения энергии, зависимость теплового эффекта химического процесса от внутренней энергии реагентов и продуктов;
– символику (± Q – тепловой эффект, E – энергия, τ – время, W
– работа).
Уметь:
– объяснять химический и физический смысл основных стадий химического процесса;
– сущность химической реакции с энергетических позиций, признаки и условия прохождения химического процесса с энергетических
позиций;
– характеризовать химические реакции на основе их теплового
(энергетического) эффекта, внутренние энергии реагентов и продуктов с
позиций теплового эффекта химического процесса; химическую реакцию
с позиции энергии активации;
– определять знак теплового эффекта по графической схеме химического процесса, по соотношению (сравнению) внутренних энергий
веществ, по внешним признакам химического процесса;
– составлять графические схемы химических реакций по их внешним признакам, по соотношению (сравнению) внутренних энергий
участников процесса;
– моделировать химический процесс с помощью шаростержневых
моделей, схем, рисунков и графиков.
2.2.2. 8 класс. Тема: «Химические реакции. Закон сохранения массы
и энергии» [125].
Тема: «Первоначальные химические понятия» [8].
Тема урока: «Закон сохранения энергии и вещества».
Ведущая идея: закон сохранения вещества и энергии – всеобщий
закон природы.
Общая дидактическая цель: создание условий для выработки умений
конструктивного решения учебных проблем, формирования системных
знаний, развития мотивации учения школьников.
Задачи урока:
1. Создать цепь проблемных ситуаций как необходимое условие
для развития логического и абстрактного мышления учащихся методами наблюдения, сравнения, обобщения, индукции, дедукции и
интуиции.
2. Стимулировать у обучаемых развитие умений формулировать
учебную проблему, определять цели, задачи и находить пути их решения, используя творческий потенциал и элементы исследовательской
деятельности.
3. Развить представление о законе сохранения энергии и вещества как
фундаментальном законе природы на примере химических процессов.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Рассмотреть выполнение закона сохранения вещества и энергии на
конкретных примерах химических реакций.
5. Развивать самостоятельность и практическую активность школьников, навыки грамотно излагать свою точку зрения и доказательно
отстаивать её.
6. Оптимизировать условия формирования и развития мотивов школьников к изучению химии.
7. Формировать интегральное мышление школьников через раскрытие взаимосвязей химических и физических процессов, математических,
естественнонаучных и гуманитарных методов исследования, показ красоты процесса познания как ценность для человека.
Ведущая учебная проблема темы: внутренняя сущность химического
процесса как форма движения вещества и энергии.
Главная учебная проблема урока: «Почему идут химические реакции?»
Интеграционные связи:
Внутрипредметные (химические формулы, количество вещества,
химические явления, тепловой эффект химических процессов, экзо– и
эндотермические реакции).
Межпредметные (математика – арифметические действия, графики,
физика – формы передачи энергии, закон сохранения энергии).
Эпиграф к уроку: «Все перемены, в натуре случающиеся, такого суть
состояния, что сколько чего у одного тела отнимается, столько присовокупляется к другому, так, ежели где убудет несколько материи, то
умножится в другом месте…» М.В. Ломоносов.
Экспозиция
Дидактическая задача: подготовка учащихся к работе на уроке, организация действий школьников, направленных на решение проблем и
достижение целей урока.
Деятельность педагога: сообщение темы урока, акцентирование внимания школьников на эпиграфе к уроку, блицопрос в форме вопросов
по домашнему заданию (см. предыдущий урок) – а) экзотермическая
реакция – это процесс идущий ………………………………………………………;
б) эндотермическая реакция – это процесс, идущий ………… ………………
…………………………………………………………
в) чем меньше внутренняя энергия продукта, тем тепловой эффект
химического процесса …………………………………………………………;
г) энергия в ходе химической реакции может выделяться в форме
………………………………………………………………………………………;
д) изменение энергии, происходящее в ходе химического процесса,
определяется только …………………………………………………………
Деятельность учащихся: принятие темы урока и эпиграфа, письменные
ответы на вопросы.
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Метод: репродуктивный.
Форма организации деятельности: фронтальная, самостоятельная.
Показатель результатов решения задачи: внимание школьников, темп
работы при опросе.
Завязка
Дидактическая задача: создание стимуляционномотивирующей
проблемной ситуации посредством демонстрационного эксперимента.
Деятельность педагога:
1. Демонстрационное воспроизведение домашнего эксперимента (см.
предыдущий урок) с использованием манометра (рис. 2.2.4):
Рис. 2.2.4. Прибор для проведения демонстрационного эксперимента
по тепловым эффектам химических реакций
Реактивы и оборудование: химический стакан 250 мл, колба до 50 мл с
газоотводной трубкой, жидкостный манометр, раствор уксусной кислоты
7%, 50%, гидрокарбонат натрия (сода) кристаллический.
Выполнение: собрать прибор, как показано на рис. 2.2.4. Уровень окрашенной жидкости в обоих коленах манометра должен быть равным.
В химический стакан (без колбы) прилить 100 мл 7%го раствора уксусной кислоты и добавить 1015 г соды (осторожно!) малыми порциями.
Погрузить колбу, соединенную газоотводной трубкой с манометром, в
стакан с реакционной смесью. Уровень жидкости в открытом колене
манометра заметно увеличивается. Отметить высшую точку подъема
жидкости в манометре. Достать колбу из стакана и вынуть пробку с
трубкой. В манометре восстанавливается равенство уровней жидкости
в обоих коленах. Химический стакан ополоснуть и заполнить на 100 мл
50%м раствором уксусной кислоты (осторожно!). Малыми порциями
всыпать в стакан 10 г соды. Осторожно, не нарушая положения уровней
жидкости в манометре, закрыть колбу пробкой с трубкой и внести её в
реакционную смесь. Отметить высшую точку подъема жидкости в открытом колене манометра.
2. Постановка проблемы «Почему изменяется уровень жидкости в
манометре?»
3. Формулирование учебной проблемы.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Постановка учебной цели: выяснить условия самопроизвольного
прохождения химического процесса.
Деятельность учащихся: осознание проблемы, участие в формулировании учебной проблемы и постановке целей.
Метод: эвристический.
Форма организации деятельности: фронтальная.
Показатель результата решения задачи: эмоциональное восприятие
демонстрационного эксперимента, активное участие в обсуждении его,
предложения по формулировке учебной проблемы и постановке цели
занятия.
Основное действие.
Дидактическая задача: организация поиска решения проблемы «Почему
изменяется уровень жидкости в манометре?»
Деятельность педагога: акцентирование внимания на начальных условиях эксперимента и результате, а также на результатах, полученных при
выполнении домашнего эксперимента.
Деятельность учащихся: обсуждение, анализ, обобщение.
Метод: проблемный.
Форма организации деятельности: в парах.
Показатель результата решения задачи: активная работа в парах, уточняющие вопросы, записи в тетради.
Развязка
Дидактическая задача: создание условий для нахождения верного решения учебной проблемы и доказательства его.
Деятельность педагога:
1. Опрос школьников по решению проблемы «Почему изменяется уровень жидкости в манометре?»
2. Составление схемы перехода форм энергии (внутренняя энергия
тепловая энергия работа по расширению газа механическая
работа по подъему столба жидкости).
3. Акцентирование внимания на различном подъеме столба жидкости
в зависимости от концентрации кислоты (большее количество кислоты
и меньшее количество воды).
4. Побуждение (подведение) школьников к выводу – с увеличением
количества реагентов увеличивается запас внутренней энергии, а следовательно, и количество выделенной энергии.
5. Актуализация понятия закона сохранения энергии и применения
его к химическим процессам в выводах: а) энергия в ходе химической
реакции не возникает и не исчезает, а только передается в различных
формах в эквивалентных количествах; б) сколько энергии выделяется в
ходе химического процесса, то ровно столько же будет поглощаться при
прохождении обратного процесса; в) количество энергии, необходимое
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
для разрушения связей между частицами, равно количеству выделяемой
энергии при образовании такого же количества таких же связей.
6. Акцентирование внимания школьников на количестве элементов,
образующих реагенты и продукты.
7. Побуждение к выводу (количество элементов, образующих вещества,
в ходе химической реакции не изменяется) о законе сохранения вещества
и, как следствие, законе сохранения массы.
8. Подведение учащихся к формулировке основного вывода как следствия закона сохранения энергии (чем больше энергии выделяется в ходе
химической реакции, тем меньше внутренняя энергия продукта и, следовательно, выше его устойчивость – принцип минимума энергии. Самопроизвольный процесс направлен в сторону уменьшения энергии, в случае
химической реакции, в сторону устойчивости (стабильности) вещества).
9. Проблемное задание «На основании процессов образования (синтеза) и разложения воды, рассмотренных на предыдущем уроке, сделайте
обоснованное заключение о самопроизвольности каждого из них при
стандартных (Т=250С, р=101325 Па) условиях. Соотнесите ваши выводы
с собственным опытом. «Самопроизвольный процесс – процесс, проходящий при данных условиях без участия внешних сил».
Деятельность учащихся: ответы на вопросы, формулирование выводов, решение проблемного задания.
Метод: эвристический.
Форма организации деятельности: фронтальноиндивидуальная.
Показатель результатов решения задачи: активность учащихся при
ответах на вопросы, решение проблемной ситуации, участие в формулировании выводов, ответы на проблемный вопрос.
Рефлексия и оценивание результатов деятельности
Дидактическая задача: мобилизация учащихся на рефлексию, актуализация
и оптимизация знаний учащихся для изучения следующей темы.
Деятельность педагога:
1. Формулирование общего вывода (все химические процессы подчиняются фундаментальному закону природы – закону сохранения
вещества и энергии. Важнейшим следствием этого закона является возможность самопроизвольного осуществления химического процесса в
направлении понижения внутренней энергии (повышении устойчивости
или стабильности) вещества).
2. Побуждение школьников к анализу эпиграфа.
3. Пояснение домашнего задания (учебник, проблемные задания «Составьте Mind Mapping по понятию «Химический процесс», ознакомьтесь с
фактом открытия закона сохранения энергии в 1842 году немецким врачом
Ю.Р. Майером и попытайтесь объяснить его, найдите в справочной литературе (мультимедиа) формулировки закона сохранения энергии (1686 г.
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Г. Лейбниц, 1748 г. М. Ломоносов, 1789 г. А. Лавуазье, 1842 г. Р.Ю. Майер,
1847 г. Г. Гельмгольц, 1850 г. Дж. Джоуль и др.), сравните их и выберите, на
ваш взгляд, самую общую (интегрированную, оптимальную и т.п.).
4. Оценивание работы школьников.
Деятельность учащихся: участие в формулировании общего вывода,
обсуждение эпиграфа, первичное осмысление и принятие домашнего
задания.
Метод: эвристический.
Форма организации деятельности: индивидуальная.
Показатель результатов решения задачи: записи в тетради, активность
в выдвижении положений к общему выводу, всестороннее обоснование
эпиграфа, запись домашнего задания и уточняющие вопросы по его
выполнению, эмоциональное состояние школьников.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определение понятий: «самопроизвольный процесс (реакция)», «направление химической реакции», «стандартные условия»;
– важнейшие понятия: обратная реакция, принцип минимума энергии;
стабильность вещества;
– основные законы природы: сохранения энергии, вещества и массы;
– факты открытия законов сохранения энергии, вещества и массы.
Уметь:
– объяснять причину самопроизвольного прохождения химических
реакций с энергетических позиций, природные явления с позиций закона
сохранения вещества и энергии, устойчивость природных минеральных
веществ, закон сохранения энергии на примерах природных явлений,
условия прохождения реакций с позиций закона сохранения энергии;
– характеризовать химический процесс с позиций самопроизвольности при данных условиях, устанавливать связь между внутренней энергией
вещества, его стабильностью и возможностью конкретной химической
реакции с его участием;
– прогнозировать условия прохождения химической реакции с энергетических позиций;
– составлять схемы переходов энергетических форм и на их основе
иллюстрировать закон сохранения энергии;
– использовать приобретенные знания и умения для экологически
грамотного поведения в природе и обществе, дальнейшего образования
и самообразования.
2.2.3. 8 класс.Тема: «Общие закономерности химических реакций [8].
9 класс. Раздел: «Теоретические основы химии». Тема: «Химические
реакции» [67, 125].
Тема урока: «Путь протекания химической реакции» или «Движущие силы
и направление химических реакций».
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ведущая идея: основные закономерности природных явлений как интегратор дисциплин естественнонаучного цикла.
Общая дидактическая цель: создание условий для выработки умений
конструктивного решения учебных проблем, формирования системных
знаний, развития мотивации учения школьников.
Задачи урока:
1. Создать цепь проблемных ситуаций как необходимое условие для
развития логического и абстрактного мышления учащихся методами наблюдения, сравнения, обобщения, индукции, дедукции и интуиции.
2. Стимулировать у обучаемых развитие умений формулировать
учебную проблему, определять цели, задачи и находить пути их решения, используя творческий потенциал и элементы исследовательской
деятельности.
3. Сформировать у учащихся понятие «Энтропия» как вероятностный
фактор прохождения химического процесса.
4. Рассмотреть влияние изменения энтропии на направление химической реакции.
5. Дать понятие о движущих силах химического процесса как совокупности энергетического (принцип минимума энергии) и вероятностного
(энтропийного) (принцип максимума хаотичности) факторов.
6. Рассмотреть принципиальную возможность осуществления самопроизвольной химической реакции.
7. Развивать самостоятельность и практическую активность школьников, навыки грамотно излагать свою точку зрения и доказательно
отстаивать её.
8. Оптимизировать условия формирования и развития мотивов
школьников к изучению химии.
9. Формировать интегральное мышление школьников через раскрытие взаимосвязей химических и физических процессов, математических,
естественнонаучных и гуманитарных методов исследования, показ красоты процесса познания как ценность для человека.
Ведущая учебная проблема темы: «Закономерности прохождения
химических процессов».
Главная учебная проблема урока: «Почему возможен самопроизвольный эндоэнергетический процесс?»
Интеграционные связи:
– внутрипредметные (химическая реакция, энергетика химических
реакций, закон сохранения вещества и энергии, химические связи и
др.);
– межпредметные (физика – тепловые явления, агрегатные состояния вещества, фазовые переходы, молекулярнокинетическая теория
и др.).
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Эпиграф: «Природа даже в состоянии хаоса может действовать только
правильно и слаженно». И. Кант.
Экспозиция
Дидактическая задача: подготовка учащихся к работе на уроке, организация действий школьников, направленных на решение проблем и
достижение целей урока.
Деятельность педагога: сообщение темы урока, акцентирование
внимания школьников на эпиграфе, актуализация знаний учащихся по
теме в форме диалога (закон сохранения энергии и химические процессы,
движение вещества и энергии – сущность химической реакции, принцип
минимума энергии – причина самопроизвольного химического процесса, эндо- и экзотермические реакции, использование Mind Mapping,
составленных по теме «Химический процесс»).
Деятельность учащихся: принятие темы урока и эпиграфа, участие
в диалоге.
Метод: программированный.
Форма организации деятельности: фронтальная.
Показатель результатов решения задачи: готовность школьников к уроку,
внимание, активность участия в диалоге.
Завязка
Дидактическая задача: создание стимуляционномотивирующей проблемной ситуации посредством демонстрационного эксперимента.
Деятельность педагога:
1. Демонстрационный эксперимент с использованием манометра
(см. рис. 2.2.4).
Реактивы и оборудование: химический стакан, колба до 50 мл с газоотводной трубкой, жидкостный манометр, гидроксид бария восьмиводный
кристаллический, роданид аммония кристаллический.
Выполнение: собрать прибор. В химический стакан внести кристаллический гидроксид бария, полностью засыпав дно стакана, толщиной
11,5 см. Туда же внести полуторное количество роданида аммония и
тщательно перемешать вещества стеклянной палочкой, предварительно
добавив 12 капли воды. При появлении легкого запаха аммиака внести в
химический стакан колбу, соединенную газоотводной трубкой с манометром, и поставить на реакционную смесь. Уровень жидкости в открытом
колене манометра резко понижается.
2. Постановка проблемы «Почему понижается уровень жидкости в
манометре?»
3. Формулирование учебной проблемы.
4. Побуждение к постановке учебной цели: выяснить причину самопроизвольного прохождения эндотермического процесса при стандартных условиях.
121
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Деятельность учащихся: осознание проблемы (противоречие принципу
минимума энергии), участие или самостоятельное выдвижение учебной
проблемы, постановка учебной цели.
Метод: проблемный.
Форма организации деятельности: фронтальноиндивидуальная.
Показатель результатов решения задачи: эмоциональное состояние
школьников, повышенное внимание к проблеме, учебная активность по
поиску решения, выдвижение предложений по формулировке учебной
проблемы и цели.
Основное действие
Дидактическая задача: организация поиска решения учебной проблемы «Почему эндотермическая реакция проходит самопроизвольно
при стандартных условиях?»
Деятельность педагога:
1. Подведение учащихся к поиску решения (определение промежуточных задач: а) составить уравнение реакции; б) определить агрегатные состояния реагентов и продуктов; в) акцентировать внимание на
газообразных продуктах; г) провести аналогию с жизненным примером,
например, квартира требует постоянной уборки, так как беспорядок
возникает «сам по себе», а уборка требует затрат энергии).
2. Формирование понятия «Энтропия» («Природа стремится перейти из менее вероятного состояния в более вероятное» – Л. Больцман,
1896 г., энтропия – мера хаотичности.). Энтропия (S) – от греч. entropia
– превращение, 1865 г. Р. Клаузиус.
3. Акцентирование внимания школьников на статистическом (вероятностном) характере понятия «Энтропия».
Деятельность учащихся: обсуждение проблемы, поиск решения.
Метод: программированный.
Форма организации деятельности: фронтальная.
Показатель результата решения задачи: записи в тетрадях, выдвижение гипотез, активная учебная деятельность.
Развязка
Дидактическая задача: создание условий для нахождения верного решения и доказательство его.
Деятельность педагога:
1. Обобщение результатов поиска решения и предложение общего
решения в выводах:
– вещество характеризуется мерой неупорядоченности (хаотичности),
энтропией (S);
– энтропия газов выше энтропии жидкостей и твердых веществ;
– энтропия вещества повышается в соответствии с возрастанием их сложности
(например, количество элементов, входящих в состав вещества);
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– наиболее вероятное состояние веществ – состояние с более высокой
энтропией (например, самопроизвольность испарения, растворения,
сублимации и др.);
– для природных процессов характерно стремление перейти в наиболее вероятное состояние – ∆S > О (например, гниение);
– самопроизвольность химического процесса определяется энергетическим фактором (принцип минимума энергии) «выгодность» и
энтропийным фактором «вероятность». Совокупность этих факторов
определяет движущие силы химической реакции;
– движущие силы химического процесса позволяют определить принципиальную возможность его самопроизвольного осуществления;
– энтропийный фактор называют «скрытой энергией»;
– согласованность этих факторов определяет направление самопроизвольной химической реакции: всего возможно 4 варианта – Q > О,
∆S > О (согласованное действие, реакция возможна при любой температуре); Q < О, ∆S > О (рассогласованное действие, реакция возможна
при высоких температурах, при низких температурах возможна обратная
реакция); Q > О, ∆S < О (рассогласованное действие, реакция возможна
при низких температурах, при высоких температурах возможна обратная
реакция); Q < О, ∆ S < О (согласованное действие, реакция принципиально невозможна ни при какой температуре, происходит обратная
реакция).
2. Проблемное задание «Приведите по одному примеру природных процессов, основываясь на жизненном опыте, соответствующему
одному из вариантов соотношения энергетического и энтропийного
факторов. Проанализируйте возможность самопроизвольного прохождения этих процессов и соотнесите полученные результаты с реальными
фактами.
Деятельность учащихся: решение проблемы, выводы, обсуждение и
решение проблемного задания.
Метод: модельный.
Форма организации деятельности: индивидуальная.
Показатель результатов решения задачи: решение учебной проблемы,
записи в тетради, решение проблемного задания.
Рефлексия и оценивание результатов деятельности
Дидактическая задача: мобилизация учащихся на рефлексию, актуализация и оптимизация знаний учащихся для изучения следующей
темы.
Деятельность педагога:
1. Подведение школьников к формулированию общего вывода (направление самопроизвольной химической реакции и её принципиальная возможность осуществления определяется двумя дополняющими
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
друг друга факторами – энергетическим (стремление перейти в более
выгодное энергетическое состояние – принцип минимума энергии) и
энтропийным (стремление перейти в более вероятное состояние – повышение энтропии). Этому принципу подчиняются все тепловые процессы, происходящие в природе. Закон сохранения вещества и энергии
– основной закон природы).
2. Побуждение школьников к анализу эпиграфа.
3. Предложение домашнего задания (учебник, проблемные познавательные задания: «Энергия солнечного излучения, достигающего
поверхности Земли, составляет 2х1024 Дж/год. Растениями на Земле
запасается 3х1020 Дж/год энергии, что соответствует приросту биомассы
2х1011 т/год. Ежегодное потребление энергии человеком за счет ископаемых составляет 2х1019 Дж. Через каждые 10 лет потребление энергии
человеком удваивается. Спрогнозируйте энергетическую ситуацию
на Земле через 100 лет, если не будут задействованы альтернативные
источники энергии», «проанализируйте цитату: «Способность использовать свободную энергию и другие ресурсы планеты всегда определяли
исход конфликтов между социальными структурами, а также отбор
таких структур» – академик Н.Н. Моисеев, «Расположите вещества в
порядке увеличения энтропии при стандартных условиях – медь, кислород, бром, лёд, воздух», «Дайте полную обоснованную характеристику процессу (на выбор) на предмет возможности самопроизвольного
осуществления, условий осуществления, природного значения, социального значения», «Обсудите факт невозможности теплопередачи от
холодного тела к теплому, а только наоборот», «Порассуждайте на тему:
изменения энтропии химических процессов и изменение энтропии при
этом в окружающей среде».
4. Дополнение индивидуальных Mind Mapping.
5. Оценивание работы школьников.
Деятельность учащихся: участие в формулировании общего вывода, обсуждение эпиграфа, принятие и первичное осмысление домашнего задания,
работа с Mind Mapping.
Метод: эвристический.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– понятие «энтропия», обозначение, смысл;
– изменение энтропии в различных процессах;
– энтропийный и энергетический факторы процесса;
– согласованное и рассогласованное действие факторов и его следствия;
– влияние факторов на возможность и вероятность прохождения реакции.
Уметь:
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– объяснять смысл энергетического и энтропийного факторов;
– определять согласованность действия факторов и условия прохождения реакции;
– прогнозировать самопроизвольность процесса при заданных условиях;
– устанавливать причинноследственные связи: факторы
условия
процесс
закон сохранения энергии.
2.2.4. 9 класс. Тема: «Общие сведения об органических соединениях»
[125].
Тема: «Спирты» [9].
10 класс. Раздел «Классы органических соединений».
Тема: «Спирты. Фенолы. Простые эфиры» [125].
Тема урока: «Спирты. Общий обзор».
Ведущая идея: актуализация знаний и житейских представлений по проблеме. Первичная мотивация школьников к изучению темы и определение
основных направлений ее рассмотрения.
Общая дидактическая цель урока: создание условий для выработки
у учащихся умений и навыков структурирования учебного материала,
постановки и конструктивного решения учебных проблем и развития
внутренней мотивации учения школьников.
Общая логика построения урока:
Задачи урока:
1. Стимулировать у старшеклассников умения выделять проблему, ставить цели, определять задачи и находить пути их решения,
используя творческий потенциал и элементы исследовательской
деятельности.
2. Создать стимуляционномотивирующую проблемную ситуацию
на уроке как необходимое условие для развития логического и абстрактного мышления учащихся методами сравнения, обобщения, индукции,
дедукции, интуиции, абстрагирования и конкретизации.
3. Последовательно осуществлять принцип индивидуализации в
обучении.
4. Актуализировать имеющиеся знания учащихся по теме.
5. Формировать интегральное мышление школьников путем раскрытия взаимосвязи научнотехнического прогресса, экономики и социальной сферы жизнедеятельности общества.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Развивать самостоятельность и практическую активность учащихся,
навыки грамотно излагать свою точку зрения и доказательно отстаивать
ее, а также умение общения в коллективе, уважение чужого мнения.
7. Формировать мотивы школьников к изучению химии. Показать
красоту процессов познания как ценность для каждого человека. Развивать
культуру нравственного выбора у школьников.
Ведущая УП темы: взаимосвязь строения, свойств, получения и применения веществ класса «Спирты».
Главная УП урока: технология Мind Мapping. Общий обзор темы
«Спирты».
Эпиграф: «Мозг, хорошо устроенный, стоит больше, чем мозг хорошо
наполненный». Монтень.
Экспозиция
ДеятельПоказатель
ность
результатов ре- Метод
ФОПД
учащихся шения задачи
Подготовка учащихся
Ученики
Правильность Эвристи- Фронтальк работе на уроке.
опредеопределения
ческий ная
Организация действий
ляют тему темы урока
Самостояшкольников, направлен- урока
тельная
ных на решение проблем
и достижение целей урока. Актуализация знаний
по теме
Дидактические задачи
Деятельность педагога: подведение школьников к определению
темы урока через озвучивание утверждений (бесцветная, легкокипящая летучая жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. Горит
синеватым пламенем с выделением большого количества тепла. Название образовано от древнегреческого, в переводе означающее «дух»,
«газ», «хаос». Является продуктом метаболизма живых организмов,
однако относится к наркотическим веществам, вызывая привыкание.
Наиболее чувствительны к её влиянию центральная нервная система,
особенно клетки коры больших полушарий мозга. Вызывает возбуждение, связанное с ослаблением процессов торможения. Обладает
большой растворяющей способностью. Смешивается с водой в любых
отношениях. Известна и производится с древних времен. В природе
образуется в результате брожения сочных сахаросодержащих плодов.
Применяется в медицине в качестве растворителя при приготовлении
экстрактов, настоек, в качестве антисептика и раздражающего средства.
В промышленности используется как сырье для получения каучуков,
резины, пластмасс. Также её используют в смеси с бензином в качестве
моторного топлива. В пищевой промышленности как растворитель
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вкусовых добавок, красителей и т.д. В парфюмерии. Наряду с огромной
пользой принесла человечеству и огромный вред, особенно воздействуя
на его генофонд).
Завязка
Дидактические задачи
Создание ПС
и формулирование УП
на основе проблемных
вопросов.
Целеполагание
Деятель
ность учащихся
Осознание
ПС, актуализация
и стимулирование
потребности
в её решении
Показатель
результатов
Метод
ФОПД
решения задачи
Готовность
Програм- Фронтальучащихся
мирован- ная
к поиску
ный
решения
Деятельность педагога: создание стимуляционномотивирующей
проблемной ситуации через систему вопросов:
1. Из жизненного опыта вы знаете, что спирт (этиловый) – яд, однако он широко используется в медицине и пищевой промышленности.
Почему?
2. Почему при обсуждении вреда алкоголизма на первое место выдвигают
проблему демографии и судьбу будущих поколений?
3. Почему в термометрах для измерения температуры воздуха и
воды используют спирт, а в медицинских термометрах (градусниках)
ртуть?
4. Почему люди, находящиеся на улице в зимнее время в состоянии
алкогольного опьянения, чаще всего страдают от обморожений, ведь употребление спирта «разогревает» организм?
5. Почему в Бразилии 70% транспорта работает на спирте в качестве
топлива?
Эти вопросы вызывают у вас затруднения. Почему? Как лучше всего
организовать работу по достижению цели?
Основное действие
Дидактические задачи
Организация поиска
решения. Создание
ММ
Деятель
ность
учащихся
Составление
карты
мыслительной деятельности
Показатель
результатов реМетод
ФОПД
шения задачи
Активность и Модельный Групповая
продуктивная
творческая
деятельность
учащихся по
включению
части в целое
127
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример
Развязка
Дидактические
задачи
Начальное
структурирование целостной
системы ведущих знаний по
теме ММ
128
Деятель
ность
учащихся
Защита составленной карты
мыслительной
деятельности по
теме. Определение проблем,
целей и задач
изучения темы
Показатель
результатов
Метод
ФОПД
решения задачи
Умение обобщать,
Проблем- Группосравнивать, конкреный
вая
тизировать, делать
выводы, вырабатывать и аргументированно отстаивать
свою точку зрения
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рефлексия собственной деятельности
Дидактические задачи
Мобилизовать учащихся на рефлексию
Деятель
ность
учащихся
Комментарии к
эпиграфу
Показатель
результатов
Метод
ФОПД
решения задачи
Открытость и
Проблем- Индивидуэмоциональное
ный
альная
отношение к
самореализации
на уроке
Домашнее задание:
1е задание. При проведении судебномедицинской экспертизы после
ДТП у водителя в крови были обнаружены следы этилового спирта. На
суде прокурор построил свое обвинение на этом факте, но адвокат доказал
несостоятельность обвинения и выиграл процесс. Какими фактами аргументировал свою защиту адвокат?
2е задание. Производство спиртосодержащих веществ можно считать
одним из первых промышленных синтезов в истории человечества. Изложите свою обоснованную точку зрения на этот факт.
3е задание. Ознакомьтесь с главами 6, 7, 8, 9 первой книги Моисея,
Бытие, Библия. Что можно сказать об отношении христианской веры к
вину. Приведите примеры отношения к вину других религий.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные содержательные блоки изучения темы «Спирты»;
– внутри– и межпредметные связи по теме «Спирты»;
– основную цель и задачи изучения темы «Спирты».
Уметь:
– рационально организовать самостоятельный процесс по изучению
темы «Спирты»;
– оптимально отобрать содержательную информацию по теме «Спирты»;
– использовать технологию Mind Mapping в организации дальнейшего самообразования и учения.
Следующую разработку урока можно использовать в зависимости от
подготовленности школьников и особенностей построения всего курса,
в 9 или 11 классах.
2.2.5. 9 класс. Раздел: «Металлы».
Тема: «Общие свойства металлов» [125].
11 класс. Раздел: «Химическая динамика (Учение о химических реакциях)».
Тема: «Растворы электролитов. Реакции в растворах электролитов»
[125].
129
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
9 класс. Тема: «Металлы» [9].
1011 класс. Раздел: «Химический процесс».
Тема: «Реакции с изменением степеней окисления элементов»
[10].
Тема урока: «Электрохимический ряд напряжений металлов».
Ведущая идея: зависимость химических свойств металлов и их соединений в растворах от электрохимического потенциала как следствие
энергетического фактора (закона сохранения энергии).
Общая дидактическая цель: создание условий для выработки умений
конструктивного решения учебных и жизненных проблем, формирования системных знаний, развития исследовательской деятельности и
мотивации учения школьников.
Задачи урока:
1. Создать цепь проблемных ситуаций на уроке как необходимое
условие для развития логического и абстрактного мышления учащихся
методами сравнения, обобщения, индукции, дедукции, интуиции. Последовательно осуществлять принцип индивидуализации в обучении.
2. Стимулировать у старшеклассников умения формулировать
учебную проблему, определять цели, задачи и находить пути их решения, используя творческий потенциал и элементы исследовательской
деятельности.
3. Сформировать понятие электрохимического ряда напряжений
металлов, показать его физический смысл, выработать умения и навыки применения знаний об электрохимическом потенциале металла при
решении проблемных заданий в различных областях знаний.
4. Формировать интегративное мышление школьников путем раскрытия взаимосвязей физических и химических процессов, математических,
гуманитарных и естественнонаучных методов исследования.
5. Развивать самостоятельность и практическую активность учащихся, навыки грамотно излагать свою точку зрения и доказательно
отстаивать ее, а также умение общения в коллективе, уважения чужого
мнения.
6. Оптимизировать условия развития внутренней мотивации учения
школьников. Показать красоту процесса познания как ценности для
каждого человека. Развивать культуру нравственного выбора у школьников.
Ведущая учебная проблема: зависимость изменения свойств металлов
от их структуры.
Главная учебная проблема урока: зависимость химических свойств
металлов и их соединений от электрохимического потенциала.
Интеграционные связи:
Внутрипредметные (химические знаки, формулы, процессы; энергия
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
связи, ионизации; металлическая связь; энергетический фактор химической реакции);
межпредметные (математика – арифметические действия с положительными и отрицательными числами; физика – электрический потенциал; эдс; напряжение).
Дидактический раздаточный материал к уроку:
Электрохимический ряд напряжений металлов.
«Кто не понимает ничего, кроме химии,
тот и ее понимает недостаточно».
Г. Лихтенберг.
Лихтенберг Георг Кристоф (17421799),
немецкий ученый и публицист.
Основная идея темы: зависимость химических свойств металлов и их
соединений в растворах от электрохимического потенциала.
Потенциал (лат. potentia – сила, мощь). Совокупность имеющихся возможностей, средств, запасов и т.п., которые могут быть
использованы для решения определенных задач, достижения целей в
какойлибо области. Интеллектуальный потенциал, экономический
потенциал, духовный потенциал и т. п. (Словарь иностранных слов/
сост. Т.С. Кудрявцева, Л.С. Пухаева,Р.А. Арзуманова. – М. ЮНВЕС,
2001 г. – 384 с.)
Работа с опорным конспектом.
1. Проведите реакцию раствора хлорида алюминия с кристаллической содой. Составьте уравнение данной реакции. Обоснуйте свое
решение.
2. Теоретически определите продукты взаимодействия растворов
щелочи натрия и нитрата серебра. Составьте соответствующее уравнение реакции. Докажите правильность своего решения экспериментально.
3. Стандартный электрохимический потенциал лантана составляет
(2,52 В). Определите возможность взаимодействия и продукты
реакции лантана с водой и растворами кислот.
4. В земной коре металлы содержатся чаще всего в виде соединений (оксидов, сульфидов, сульфатов и т.д.). Так, алюминий образует
минерал корунд состава Аl2О3, а ртуть минерал монтроидит состава
HgO и киноварь – HgS. Предложите способы получения металлов
из этих минералов.
5. В настоящее время широко используется система,
разде ляющая доисторический период на три века (эпохи): каменный, бронзовый, железный. Ее предложил в 18161819 гг.
К.Томсен, работая над коллекцией экспонатов Датского национального музея.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Каменный
1,5 млн. – 5 тыс.
Бронзовый
4 тыс. – 1 тыс.
Железный
IX VII вв. до н.э.
Медный
5 тыс. – 3 тыс.
Система трех веков (Three Age System). K. Томсен (18161819)
Пока не создана более совершенная классификация, система трех
веков используется и совершенствуется. Предложите свою точку зрения,
поясняющую данную систему.
Домашнее задание
1. Проанализируйте предложенный эксперимент. Выделите проблему.
Решите ее и обоснуйте свое решение.
2. «Молодая учительница химии обратилась за консультацией:
– Не пойму, в чем дело. Использовала прибор для опытов с электрическим током, чтобы показать разложение воды. Кислород выделяется,
а водород – нет. Между тем всё делаю по инструкции. В ней указано, что
при выполнении опыта можно использовать растворы нитрата калия,
карбоната калия или едкого калия.
– Помните ли, какой из электролитов вы использовали в последний
раз?
– Конечно, помню ...
– Ну так именно егото как раз брать нельзя! Какой же электролит
оказался «третьим лишним?»
3. «С некоторых пор под влиянием нашей действительности газета
«Известия» ввела новую рубрику – «Курсы для простаков». Одна
из заметок –«Обручальные гайки» – поучительна с химической точки
зрения. Автор пишет: «Кольца из бериллиевой бронзы – точные копии
золотых. Они не отличаются от последних ни по цвету, ни по весу и,
подвешенные на нитку, при ударе о стекло издают характерный мелодичный звук. Короче говоря, подделку не обнаружишь ни на глаз, ни на
слух, ни на зуб».
Предложите способы, с помощью которых можно отличить подделку.
Обоснуйте их.
4. Ученик получил образцы трех твердых металлов серебристобелого
цвета и нашел способ быстро идентифицировать их. Для этого он подверг
образцы действию концентрированных растворов азотной кислоты и
щелочи натрия, а также раствора хлороводорода. Результаты его исследований представлены в таблице:
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Металлы
Рр НС1
HNO3 (конц.)
Рр NaOH (конц.)
Me l
+
Me 2
+
+
Ме З
+
+
+
Определите, какие металлы были исследованы. Напишите уравнения
проведенных реакций.
«Хорошо поставить вопрос – значит уже наполовину решить его».
Д.Менделеев.
Желаю успеха!
Экспозиция.
Дидактическая задача: подготовка школьников к работе на уроке,
мотивация обучаемых к решению учебной проблемы и достижению цели
урока.
Деятельность педагога: сообщение темы урока, акцентирование внимания учащихся на дидактическом раздаточном материале к уроку, мотивация
школьников к осмыслению эпиграфа.
Деятельность учащихся: принятие темы урока, первичное осмысление
цели и эпиграфа к уроку.
Метод: объяснительноиллюстративный.
Форма организации познавательной деятельности: фронтальная.
Показатель результатов решения задачи: внимание и заинтересованность
школьников, предложения обучаемых по формулировке учебной цели
(проблемы), заинтересованность раздаточным материалом.
Завязка.
Дидактическая задача: создание стимуляционномотивирующей проблемной ситуации посредством выполнения упражнения и демонстрационного эксперимента.
Деятельность педагога:
1). Акцентирование внимания учащихся на предварительно выполненную запись на доске:
............................................................ ,
Zn + H2SO4
Zn + CuSO4
............................................................
Предложение школьникам закончить запись уравнений; переключение внимания обучаемых на эксперимент, спроецированный на экран с
помощью кодоскопа.
Реактивы и оборудование: кодоскоп, чашки Петри, 10% раствор серной
кислоты, 10% раствор медного купороса, гранулы цинка.
Выполнение: две чашки Петри устанавливаются на плоскость включенного
кодоскопа. В обе чашки прилить равные количества раствора серной кислоты
и внести по четыре гранулы цинка. Обратить внимание школьников на экран,
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сопровождая вопросом: «Что наблюдаете?» и «Какой результат ожидали
увидеть?» Затем в одну из чашек добавить 3*4 мл раствора сульфата меди.
Акцентировать внимание школьников на результате;
2) постановка проблемы: «Почему в первом случае, вопреки вашим
предположениям, процесс практически не происходит (пузырьки газа
окутывают гранулу и препятствуют взаимодействию), а при добавлении
раствора сульфата меди реакция сильно активизируется?»;
3) постановка вопроса: «Чем вызваны ваши затруднения в решении
данной проблемы, ведь с этим процессом вы знакомы с 8 класса?»;
4) указание обучаемым на нетипичность (нестандартность) реальных
проблем и необходимость знаний общих закономерностей, данных в учебниках, в приложении к конкретным ситуациям (не всегда рассмотренных
в учебной и другой литературе);
5) формулирование учебной проблемы и постановка учебной цели:
«выяснить поведение металлов в растворах и зависимость его от внутренних
факторов»;
6) выражение готовности оказать помощь в решении проблем.
Деятельность учащихся:
1) выполнение упражнения, предложенного педагогом, по составлению уравнений реакций;
2) просмотр эксперимента и включение в его обсуждение;
3) выдвижение гипотез – каталитическое действие раствора медного
купороса, увеличение концентрации кислоты, очищение цинка и т.д.;
4) объяснение затруднений – нехватка знаний, нет объяснений в учебных пособиях и др.;
5) участие в формулировании учебной проблемы и постановке учебной
цели (индивидуальной, мотивированной ситуацией).
Метод: проблемный.
Форма организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная.
Показатель решения задачи: высокоэмоциональное состояние обучаемых, активность их участия в обсуждении эксперимента и выдвижении
рабочих гипотез, формулирование школьниками учебной цели (задачи,
проблемы).
Основное действие.
Дидактическая задача: организация поиска решения выдвинутой проблемы.
Деятельность педагога:
1) актуализация знаний внутренних факторов (энергетического)
прохождения процесса в форме записи общей схемы процесса:
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(металл, попадая в раствор, либо растворяется (переходит в раствор
в виде ионов), либо, наоборот, ионы металла, находящиеся в растворе,
восстанавливаются на поверхности металла в виде простого вещества и
этот процесс сопровождается изменением энергии. Процесс обратимый,
следовательно, количество энергии постоянно (закон сохранения энергии),
но взятое с разными знаками (прямой – обратный). Выгодность процесса
определяется значением выделенной энергии);
2) акцентирование внимания школьников на проблему определения
энергетического эффекта;
3) обращение к раздаточному материалу и выстраивание системы
вопросов: «Обратите внимание на верхнюю и нижнюю строки таблицы.
Что вы можете сказать о таком расположении металлов? Ионов?», «Что
вы можете сказать о числах, указанных под каждым знаком (символом
металла, иона)?», «В каком порядке они расположены?», «Выделите ключевое слово в названии темы урока и таблицы. На что оно указывает?»,
«Дайте определение понятию напряжение (напряжение – величина,
численно равная разности электрических потенциалов, если нет сторонних сил – источника тока)», «Сформулируйте понятие электрического
потенциала (электрический потенциал – величина, численно равная
работе по перемещению электрического заряда и точки электрического
поля в нулевую точку)», «Что вы понимаете под элементарным зарядом
(заряд электрона)?»;
4) обращение внимания школьников к схеме на доске: «Процесс
связан с переносом электронов (элементарного заряда), а следовательно, с работой по перемещению элементарного заряда – электрическим
потенциалом. Таким образом, как вы уже догадались, числа, указанные
в таблице, – электрические потенциалы системы ионметалл, но т.к.
это химический процесс, то потенциалы называют электрохимическими;
5) электрохимический потенциал – электрический потенциал,
возникающий на границе раздела металла (или другого вещества)
и раствора его соли (или других веществ), измеренный относительно стандартного (р = 101325 Па, Т = 298 К, См = 1 моль/л)
водородного потенциала (принятого за 0)», «Почему в названии
слово напряжение (потому что разность, а также употребляются
названия – ряд окислительновосстановительных потенциалов,
ряд электрохимических потенциалов)? Какое название точнее?»,
«Сравните данное определение с толкованием слова – потенциал
(в раздаточном журнале) и установите связь электрохимического
потенциала с энергетическим эффектом процесса и поведением
металла в растворе (потенциал – сила, возможность, работа, следовательно, ϕ E; ϕ Q;
, для подготовленных школьников
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в 11 классе химического (естественнонаучного) профиля имеет
смысл вывести уравнение:
,где ∆ϕо = ϕо (ох) – ϕо (red) = эдс
«Величина определяет поведение металла в растворе (чем больше,
тем более возможен процесс восстановления, тем сильнее окислитель
и, наоборот, чем меньше, тем более возможен процесс окисления, тем
сильнее восстановитель). На этой закономерности составлен ряд напряжений и ваша опорная таблица».
Деятельность учащихся: обсуждение, анализ, обобщение, запись
конспекта.
Метод: объяснительноиллюстративный, проблемный.
Форма организации познавательной деятельности: фронтальная.
Показатель результата решения задачи: активная работа обучаемых по
решению промежуточных задач; уточняющие вопросы; формулирование
определений, выводов; записи в тетради.
Развязка.
Дидактическая задача: создание условий для нахождения верного решения созданной проблемы и аргументированное доказательство его.
Деятельность педагога:
1) предложение школьникам: выписать из таблицы и сравнить
стандартные электрохимические потенциалы меди, водорода и цинка
(ϕо(Сu2+/Cu) = 0,34 В; ϕо(2H/H2) = 0,00 B; ϕо(Zn2+/Zn) = 0,76 B); сделать выводы по активности (очередности) процессов в растворе (наиболее возможный процесс восстановления ионов меди: Сu2+ + 2e– Cuo,
, далее
за счет окисления (растворения) цинка:
восстановление ионов водорода:
за счет окисления
цинка:
, т.е. цинк восстанавливает в первую очередь
ионы меди (в растворе видны частички красного цвета – медь), а ионы
водорода восстанавливаются на меди за счет окисления цинка, при этом
цинк беспрепятственно растворяется, а водород выделяется. В первом
же случае (в отсутствии ионов меди) ионы водорорда восстанавливаются
непосредственно на поверхности цинка, препятствуя контакту цинка с
кислотой и ингибируя процесс).
2) информирование учащихся: «электрохимические потенциалы
ионы в растворе, но и для
определены не только для систем металл
других окислительновосстановительных процессов в растворе. Поэтому
легко можно прогнозировать продукты взаимодействия любых веществ в
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
растворе, например, ϕо восстановления нитратиона больше ϕо(2H/H2),
а, следовательно, продуктами взаимодействия металлов с азотной кислотой преимущественно будут оксиды азота, азот, аммиак, но не водород
(влияние на доминирование продукта оказывают температура и концентрация, а также потенциал металла
);
3) подведение учащихся к выводу: «Используя значения электрохимических потенциалов металлов (ряд напряжений) и других веществ,
можно прогнозировать химические свойства металлов и соединений
в растворах»;
4) мотивация школьников к трансформации полученных знаний и
умений посредством познавательного задания: «Вам предложили купить украшение из золота. Каким образом можно быстро и качественно
отличить золото от сплавов меди? Докажите экспериментально свой
вариант решения (использование ляписа: смоченный карандаш оставит
черный след на изделии с большим содержанием меди и других металлов
с потенциалом меньшим, чем электрохимический потенциал серебра)»,
схему решения проблемы можно спроецировать на экран посредством
кодоскопа:
ливается, а Cu – окисляется.
окислитель восстанав-
2Ag+ + Cu ⇒ 2Ag + Cu2+;
черный
5) предложение учащимся выполнить задания из раздаточного материала с использованием необходимого оборудования и реактивов;
6) установка на творчество: «Плохих гипотез не бывает, суть решения заключается в выборе верной из множества других, следовательно, чем больше гипотез, тем выше вероятность решения проблемы.
Важно не бояться выдвинуть неверную гипотезу, важно не пропустить
верную!»
Деятельность учащихся:
1) коллективное обсуждение проблемы и выдвижение гипотез и
способов решения;
2) индивидуальное решение проблемы;
3) самостоятельная работа в парах с раздаточным материалом и
выполнением заданий (1 задание – проводят реакцию и по результатам
наблюдений с помощью опорной таблицы оформляют результат решения в тетради; 2 задание – с помощью опорной таблицы прогнозируют
результат и подтверждают экспериментом. Оформляют результат в
тетради; 3 задание – решают проблему теоретически (сравнением,
аналогией, дедукцией и др.); 4, 5 задания – творческие, критерием
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
правильности решений которых служит не противоречивость выведенным положениям).
Метод: программированный, проблемный, модельный.
Форма организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная, парная.
Показатель результатов решения задачи: активность обучаемых при
обсуждении проблемы, гипотез решений, участие в формулировании
выводов, самостоятельное решение проблемных заданий.
Рефлексия и оценивание результатов деятельности
Дидактическая задача: мобилизация школьников на рефлексию,
оптимизация знаний и умений обучаемых для успешного усвоения
последующих тем курса, мотивация учащихся к творческой самостоятельной работе и организации собственного образовательного
пространства.
Деятельность педагога:
1) мотивирующие вопросы: «Что нового узнали?», «Чему научились?», «Смогли ли вы решить поставленные перед собой вопросы (проблемы)? Что этому способствовало?», «Что лучше: знать (уметь выводить)
закономерности или использовать фактический материал из внешних
источников?», «Помогает ли в обучении опорный конспект? «Как его
лучше оформить?»;
2) формулирование основных выводов совместно с обучаемыми
(чисто химических проблем не бывает, поэтому для их решения нужно
использовать системные знания; поведение веществ в растворах определяется их электрохимическими потенциалами, которые, в свою очередь,
детерминируются энергетическим фактором (законом сохранения энергии);
3) знание закономерностей компенсирует незнание частных фактов;
4) побуждение школьников к анализу и комментариям эпиграфа;
5) пояснение домашнего задания (учебник, задания из раздаточных
материалов, эксперимент: в две чашки Петри, наполненные водой с
каплей фенолфталеина, опускают: в одну – кусочек лития, а в другую
– кусочек натрия. Объяснить увиденное);
6) установка на выполнение заданий;
7) оценивание работы на уроке.
Деятельность учащихся: участие в формулировании выводов по уроку,
обсуждение эпиграфа, первичное осмысление и принятие домашнего
задания.
Метод: эвристический.
Форма организации познавательной деятельности: фронтальная, индивидуальная.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Показатель результатов решения задачи: конспект, выдвижение положений к общему выводу, всестороннее обоснование эпиграфа, запись и
уточняющие вопросы по домашнему заданию, эмоциональное состояние
школьников и их готовность к дальнейшей работе.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определение терминов (электрохимический потенциал, ряд напряжений металлов, эдс;
– связь и зависимость электрохимического потенциала и энергетического эффекта процесса;
– связь и зависимость химических свойств веществ, их поведение в
растворах от их электрохимического потенциала.
Уметь:
– объяснять поведение вещества в растворе с аргументацией относительно его электрохимического потенциала;
– характеризовать возможность окислительновосстановительного
процесса в растворе;
– определять продукты и подбирать реагенты для осуществления
заданного процесса в растворе;
– трансформировать знания об окислительновосстановительных
потенциалах для решения жизненно важных проблем;
– по выведенным закономерностям прогнозировать результат того
или иного действия с веществами в растворах;
– использовать приобретенные знания и умения для адекватного
поведения в природе и обществе, для дальнейшего образования и самообразования.
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Глава 3. Дидактические материалы
и методические рекомендации к интегративным
занятиям по химии в средней общей школе
«Знание некоторых принципов легко
возмещает незнание некоторых фактов».
К. Гельвеций.
3.1. Методические рекомендации и познавательные задания
к темам основного (инвариантного) курса химии
современной школы
Химия – наука, изучающая процесс движения вещества, одним из
признаков которого является изменение энергии в тепловой форме.
Энергетика является внутренней сущностью любого процесса. Изучение законов изменения энергии в ходе реакции позволяет глубже
понять ее суть и закономерности. Без знания этих основ обучение
химии сводится к формальному заучиванию, что с чем реагирует и
что образуется, не отвечая на вопрос «почему?». Это приводит к формализации химических знаний школьников и требует запоминания
огромного числа фактов вместо их логического вывода (прогнозирования) на основе общих энергетических закономерностей, а также к
увеличению объема учебников и нарушению в их содержании логических связей.
Наиболее удачными в этом отношении можно выделить
учебнометодические комплекты для современной школы авторов: проф.
Н.Е. Кузнецовой [63, 64, 65, 66, 67, 59] и проф. Н.С. Ахметова [8, 9, 10].
В данном разделе вашему вниманию предложены методические рекомендации (отдельные понятия, теоретические вопросы, замечания)
по основным темам курса химии, предложенного этими авторами, а
также познавательные задания в контексте вышеизложенной концепции
интегративного обучения предмету.
8 класс. Первоначальные химические понятия [8]. Введение. Химические
элементы и вещества в свете атомно<молекулярного учения. Химические реакции. Закон сохранения массы и энергии [66].
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химия /предполож. от греч. сhemia – Египет/ – наука, изучающая
строение и движение веществ, сопровождающееся изменением их состава,
структуры и энергии.
Материя – философская категория для обозначения объективной
реальности, которая дана человеку в ощущениях его и способна копироваться, отображаться, фотографироваться нашими ощущениями, существуя
независимо от них; материя вечна.
Движение – способ существования материи, ее коренное свойство,
любое взаимодействие материальных объектов и смена их состояний, т.е.
изменение в любых проявлениях.
Движение включает в себя все процессы в природе и обществе.
В мире нет движения без материи, равно как и не может быть материи
без движения.
Основные виды материи – поле, вещество, тело, жизнь, человек, общество и др.
Формы существования материи – время, пространство.
Вещество – материальное образование, частицы которого обладают
массой покоя и внутренней энергией (сахар, воздух, вода, стекло, бронза,
чугун, гранит, дерево и т.п.).
Вещества группируют (см. рис. 3.1.1) по:
а) составу – химические соединения (индивидуальные вещества – простые и сложные) и смеси.
Химическое соединение – вещество, характеризующееся определенным (стехиометрическим) составом, строением (структурой), выраженных
формулой и постоянными физическими свойствами.
Смесь – вещество, характеризующееся совокупностью химических
соединений, варьирующимся составом, физическими свойствами и неоднородностью структуры;
б) получению – природные, искусственные, синтетические;
в) структуре – молекулярные, немолекулярные, металлические.
Атом – электронейтральная частица вещества, образованная положительно заряженным ядром и отрицательно заряженными электронами.
Молекула – электронейтральная частица вещества, образованная несколькими (двумя и более) положительно заряженными ядрами и отрицательно заряженными электронами.
Ион – положительно или отрицательно заряженная частица вещества,
образованная одним и более положительно заряженными ядрами (ядром)
и избытком или недостатком электронов.
Тело – вещество, ограниченное в пространстве, характеризующееся
размерами, массой, объемом.
Система – множество элементов, находящихся во взаимосвязях и взаимоотношениях, образующих определенную целостность, единство.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВЕЩЕСТВА
Сталь, гранит, воздух, пластмасса, стекло, бронза, молоко, хлеб…
ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
Кислород, вода, углекислый газ, железо,
серная кислота, пероксид водорода, этиловый спирт, аммиак
ПРОСТЫЕ
СМЕСИ
Латунь, воздух, молоко, сироп, земля, сталь, гранит,
пластмасса…
СЛОЖНЫЕ
Природные
Искусственные
Синтетические
Вода, воздух, кислород,
гранит, песок, азот…
Стекло, вискоза, бумага,
сталь, бронза…
Лавсан, пан, шампунь,
пластмасса…
МАТЕРИАЛЫ
Молекулярные
Немолекулярные
Металлические
Воздух, азот, лед, сера,
аммиак…
Гранит, песок, кварц,
алмаз, соль…
Железо, бронза, чугун,
алюминий, золото…
Рис. 3.1.1. Классификация веществ
Энергия (Е) – /от греч. еnergeia – действие, деятельность/ – общая количественная мера различных форм движения материи.
Виды энергии:
– потенциальная (ЕР) – /от лат. рotentia/ – сила, зависит только от взаиморасположения элементов системы;
– кинетическая (ЕК) – /от греч. kinetikos/ – приводящий в движение,
зависит от скорости движения элементов системы;
– внутренняя (U) – совокупность кинетической и потенциальной
энергий всех частиц, образующих тело (систему);
полная энергия (Е) – сумма всех видов энергий системы.
Теплота (Q) (q) – форма изменения («передачи») энергии, характеризующая передачу хаотического движения частиц путем теплопроводности,
конвекции и (или) излучения.
Работа (W) (A) – форма изменения («передачи») энергии, характеризующая передачу упорядоченного движения организованного потока частиц;
действие сил на направленное перемещение масс.
Теплота и работа характеризуют не систему, а процессы передачи движения, его преобразования. Это функции перехода. Внутри системы (тел)
нет ни «теплоты», ни «работы»!
Агрегатное (фазовое) состояние вещества – состояние (фаза) вещества в
различных интервалах температур и давлений, характеризующее взаимодействие и взаимное расположение структурных частиц.
Фаза – /от греч. рhases – появление/ – однородная по составу и свойствам часть системы, отделенная от других частей (фаз), имеющих иные
свойства, границами раздела. Например, кусок льда в стакане с водой.
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Химический элемент – вид одноядерных частиц, которые могут существовать в форме свободных атомов, ионов, а также находиться в составе
простых и сложных соединений.
Валентность – /от лат. valentia – сила/ – способность частицы химического элемента образовывать определенное число связей с другими частицами (соединяться с определенным числом других частиц) химических
элементов.
Химическая реакция (процесс, явление) – /от лат. re – против, actio
– действие – действие, возникающее в ответ на какоелибо воздействие/
– движение вещества(в), сопровождающееся изменением его (их) состава,
структуры и энергии.
Примеры познавательных заданий
1. В какие формы может переходить внутренняя энергия, если она
уменьшается в ходе химической реакции? Приведите примеры из жизни.
Какой закон выполняется при этом?
Ответ: если энергия продуктов меньше энергии реагентов, значит,
реакция является экзотермической, т.е. энергия выделяется в окружающую среду. Выделение энергии может происходить в форме тепла, света,
электричества, звука, механической работы. Например, горение газовой
горелки (тепловая и световая форма); работа аккумулятора (электрическая форма); выстрел из огнестрельного оружия (звуковая, механическая
и тепловая формы передачи энергии). Во всех процессах выполняется
закон сохранения энергии.
2. Укажите, какие из ниже перечисленных процессов относятся к экзотермическим, а какие к эндотермическим:
а) разряд батареи фотовспышки;
б) плавление льда (таяние снега);
в) испарение одеколона с поверхности лица;
г) горение костра;
д) образование «сатанинских огней» на старых могилах;
е) свечение белого фосфора;
ж) огни «святого Эльма»;
з) разряд молнии;
и) взрыв петарды.
Укажите, какие из них относятся к химическим. Сделайте вывод.
Ответ: б), в) – эндотермические процессы; а), г), д), е), ж), з), и) – экзотермические процессы; г), д), е), и) – химические процессы. В природе
большинство процессов экзотермические. Химические реакции преимущественно экзотермические, т.к. они наиболее выгодны с энергетической
точки зрения.
Уравнения реакций с указанием теплового эффекта называются термохимическими.
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Какое количество теплоты выделится при сгорании в кислороде 12 г
водорода? Термохимическое уравнение реакции:
2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(ж) + 571,6 кДж.
Решение. По уравнению реакции:
при сгорании 2 моль Н2 выделяется 571,6 кДж теплоты, т.е. при сгорании
4 г Н2 выделяется 571,6 кДж теплоты, а по условию задачи: при сгорании 12
г Н2 выделяется Q кДж теплоты.
1 способ расчета. Составим пропорцию:
.
На основе правила пропорции найдем неизвестное:
Q=
12 * 571,6
= 1714,8 (кДж)
4
2 способ расчета. 12 г > 4 г в 3 раза. Значит, количество выделившейся
теплоты также будет в 3 раза больше теплового эффекта реакции, т.е.
Q = 571,6 * 3 = 1714,8 (кДж).
3 способ расчета. Найдем количество водорода, участвующего в
12 г
реакции: n(H2) = 2 г/моль = 6 моль
6 моль > 2 моль в 3 раза. Значит, количество выделившейся теплоты
также будет в 3 раза больше теплового эффекта реакции, т.е.
Q = 571,6 * 3 = 1714,8 (кДж).
4. Составьте термохимическое уравнение процесса, если известно, что
при сгорании 2 г алюминия выделяется 62 кДж теплоты.
Решение. Составим уравнение реакции:
4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q.
По условию задачи:
при сгорании 2 г Al выделяется 62 кДж теплоты, а по уравнению
реакции: при сгорании 4 моль Al выделяется Q кДж теплоты, т.е. при
сгорании (4 моль * 27 г/моль) 108 г Al выделяется Q кДж теплоты.
Составим пропорцию:
На основе правила пропорции найдем неизвестное:
108 * 62
Q=
= 3348 (кДж)
2
Таким образом, термохимическое уравнение реакции:
4Al(к) + 3O2(г) = 2Al2O3(к) + 3348 кДж.
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Составьте термохимическое уравнение реакции взрыва гремучего
газа, если при образовании 1 моль воды в жидком состоянии выделяется
285,84 кДж тепла.
Ответ: 2H2 + O2 = 2H2O(ж) + 571,68 кДж
6. Составьте термохимическое уравнение горения природного газа (CH4),
если при этом образуются углекислый газ, вода и при сгорании 1 моль газа
выделяется 890,3 кДж тепла. Какой минимальный объём газа (н.у.) потребуется сжечь, чтобы нагреть 1 литр воды от 20OС до 100OС (плотность метана
составляет 0,7143 кг* м3).
Ответ: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 890,3 кДж
Далее необходимо по уравнению Б. Томпсона определить количество
теплоты, необходимое для нагрева воды. Q = mc∆T. Масса воды равна 1
кг, т.к. плотность воды равна 1000 кг* м3, а теплоёмкость воды составляет
4180 Дж*кг1* к1. Следовательно, Q = 1кг* 4180 Дж * кг1 * к1 * (100O20O),
Q = 334,4 кДж. Если при сгорании 1 моль метана выделяется 890,3 кДж
тепла, то 334,4 кДж тепла будет выделяться при сгорании 0,3756 моль газа.
Это количество соответствует (m = n * M) 6 г метана. Объём природного
газа составит (V=m/ρ) 8,413 л. Необходимо пояснить учащимся, что
реальный объём газа будет существенно больше, т.к. при расчётах мы не
учитывали потери тепла.
6. Составьте термохимические уравнения реакций образования воды
из простых веществ, образования углекислого газа из кислорода и углерода, разложения воды, разложения карбоната кальция (мел) CaCO3 с
образованием оксида кальция CaO и углекислого газа. Тепловой эффект
образования углекислого газа составляет 393,5 кДж * моль1, а разложение
карбоната кальция соответственно (180 кДж * моль1). Определите тип
этих химических реакций и сделайте вывод.
Ответ: 2H2 + O2 =T 2H2O + 571,68 кДж – соединения
C + O2 =T CO2 + 393,5 кДж – соединения
2H2O =T 2H2 + O2 – 571,68 кДж – разложения
(по закону сохранения энергии)
CaCO3 =T CaO + CO2 – 180 кДж – разложения
Из приведённых примеров можно предположить, что реакции соединения протекают самопроизвольно преимущественно с выделением тепла,
т.е. являются экзотермическими, а реакции разложения – преимущественно эндотермические и требуют затрат энергии извне на протяжении всего
процесса.
8. Обсудите возможность протекания в природе только реакций разложения; только реакций соединения.
Ответ: в соответствии с законом сохранения энергии это невозможно, т.к. на прохождение реакции разложения необходимо поступление
энергии извне. При протекании только реакции соединения, в конечном
146
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
итоге, все вещества образовали бы одно, а избыток выделенной энергии
привёл бы к тепловой катастрофе Вселенной.
9. На примере перегонки (дистилляции) жидкостей продемонстрируйте
закон сохранения энергии.
Ответ: при дистилляционном процессе в собранном аппарате
загрязнённую жидкость (смесь) нагревают, т.к. испарение растворителя требует затрат энергии – эндотермический процесс. Затем
растворитель в газообразном состоянии поступает в холодильник, где
конденсируется в жидкость с выделением энергии – экзотермический
процесс.
10. Докажите, что растворение веществ можно отнести к
физико&химическим процессам.
Ответ: при растворении частицы растворённого вещества равномерно распределяется во всём объёме растворителя (однородность)
– диффузия, физический процесс. При растворении различных веществ
происходит либо выделение, либо поглощение тепла, а иногда изменяется
цвет. Эти признаки позволяют говорить об образовании новых частиц в
растворе, т.е. о химическом процессе.
Понятие о газах. Воздух. Кислород. Горение[66]
Газ – /от греч. chaos – хаос/ – агрегатное состояние вещества, в котором кинетическая энергия движения частиц превосходит потенциальную
энергию взаимодействия между ними.
1. Как известно, воздух – смесь газов. Основными из них являются
кислород (21% об.), азот (78% об.), углекислый газ (0,03% об.). С позиции
закона сохранения вещества и энергии объясните, почему эти газы не взаимодействуют между собой при н.у.? Какие процессы могут происходить
при грозовом разряде? Учтите, что тепловой эффект реакции образования
оксида азота (II) составляет (– 180,6 кДж).
Ответ: углерод в углекислом газе находится в состоянии высшей валентности, поэтому углекислый газ не может взаимодействовать с кислородом ни при каких условиях. Реакция взаимодействия азота с кислородом
сильно эндотермична и требует больших затрат энергии, поэтому при н.у.
невозможна, но возможна при грозовом разряде, когда температура может
достигать 30000С.
2. С энергетических позиций объясните существование озонового слоя
Земли на высоте 30&40 км.
Ответ: реакция образования озона из кислорода сильно эндотермическая (&284,6 кДж). Следовательно, озон может образовываться в
верхних слоях атмосферы при грозовых разрядах или жестком ультрафиолетовом излучении, получая при этом большее количество нетепловой
энергии.
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Дайте определение процессу горения с энергетических позиций.
Ответ: горение – химическая реакция с выделением тепла и света.
Теплота, выделяющаяся при горении вещества в кислороде с образованием оксидов в высших валентностях, называется теплотой сгорания
и обозначается (Qc).
4. С энергетических позиций дайте объяснение процессам: самовозгорание промасленной ветоши, взрывы на сахарных и мучных складах,
взрывы в шахтах, самовозгорание на воздухе белого фосфора, свечение
белого фосфора в темноте.
Ответ: все эти процессы идут в присутствии кислорода и представляют собой экзотермические реакции различных веществ с кислородом.
В результате выделения и плохого рассеивания большого количества
тепла реакции могут сопровождаться горением или даже взрывом. В
случае меньшего выделения энергии может происходить так называемое
холодное горение, т.е. свечение.
5. В противопожарных целях часто используют углекислый газ. За счёт
чего углекислый газ препятствует горению веществ?
Ответ: углекислый газ не вступает во взаимодействие с кислородом и
прекращает доступ его к горящему веществу. В результате реакция прекращается и теплота не выделяется, т.е. огонь гаснет.
6. Процессы горения являются экзотермическими реакциями, т.е. они
выгодны с точки зрения энергии. Почему для этих процессов требуется
первоначальное нагревание?
Ответ: чтобы началась реакция, необходима какаято минимальная
энергия, идущая на первоначальное разрушение связей в реагентах (преодоление активационного барьера), а затем реакция идёт самостоятельно
за счёт выделяющейся энергии. Активационный барьер у веществ разный,
поэтому для горения различных веществ необходима различная температура
нагрева (температура воспламенения).
Важнейшие классы неорганических веществ [8].
Основные классы неорганических соединений [66]
1. Проведите дома эксперимент: в стакан внесите чайную ложку соды, а
затем добавьте две чайные ложки уксусной кислоты (эссенции). Запишите
свои наблюдения. Составьте уравнение проходящей реакции. Объясните
взаимодействие с энергетических позиций.
Ответ: это реакция обмена. Она проходит с выделением газа (вспенивание) и энергии (нагрев). Внутренняя энергия реагентов больше
внутренней энергии продуктов, т.е. образующиеся связи в продуктах
более прочные, чем связи в реагентах, следовательно, процесс экзотермический и протекает самопроизвольно.
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
CaO+H20
Рис. 3.1.2. Графическая схема изменения энергии при прохождении
реакции оксида кальция с водой.
2. На одном из складов, где хранили негашёную известь, зимой случился пожар. В ходе следствия выяснилось, что возгорание произошло
стихийно. Обсудите версию случившегося. Постройте графическую схему
процесса, ставшего причиной пожара.
Ответ: реакция негашёной извести (оксид кальция) с водой сильно экзотермична, т.е. идёт самопроизвольно с выделением большого
количества тепла. Зимой снег изза негерметичности помещения мог
попасть на упаковки с реактивом, чем вызвать химическую реакцию и
спровоцировать возгорание упаковки (тары).
CaO + H2 О = Ca(ОН)2 + Q
Реакция экзотермична, следовательно, внутренняя энергия реагентов
больше внутренней энергии продуктов, а т.к. процесс не требует изначального нагревания, следовательно, имеет низкую энергию активации
(см. рис. 3.1.2).
3. Все щелочные металлы хранят в плотно закрытых склянках под
слоем масла и помещённых в жестяные банки с песком. Чем вызваны
такие меры предосторожности?
Ответ: щелочные металлы способны активно взаимодействовать с
окружающими нас веществами (кислород, вода и т.п.), причём процессы
сильно экзотермичны – идут с большим выделением тепла. Таким образом, в случае контакта этих веществ с окружающей средой возможно
самовоспламенение и угроза пожара.
Строение атома [66].
ПЗ и ПСХЭ. Строение атома [8]
Ядерные процессы также подчиняются закону сохранения энергии и,
следовательно, сопровождаются изменением энергии. Причём эти изме149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
нения в миллионы раз больше, чем при химических реакциях. Это объясняется дефектом массы при образовании ядра, т.е. масса ядра несколько
меньше суммы масс элементарных частиц, образующих его. В результате
этого в ядре скрыта колоссальная энергия, которая может выделяться
или поглощаться в результате ядерных процессов. Устойчивость атомного
ядра, так же как и вещества, определяется принципом минимума энергии.
Количественно определить изменения энергии в ходе ядерного процесса
можно, используя уравнение А. Эйнштейна: ∆Е=∆mc2
1. Определите дефект массы и энергию ядра 7Li, если масса ядра
7
Li составляет 7,016003 а.е.м., масса нейтрона – 1,008665 а.е.м., а масса
протона – 1,007276 а.е.м.
Ответ: данное ядро содержит 3 протона и 4 нейтрона, которые в
сумме имеют массу (4*1,008665 + 3 * 1,007276) = 7,056488 а.е.м. Значит,
дефект массы составит ∆ m = 7,056488 – 7,016003 = 0,0404862 а.е.м. В
единицах СИ это составляет: ∆m =(0,0404862 * 1,661 * 1027) кг * 6,022
*1023моль1 = 4,0496 *105кг * моль1. Тогда изменение энергии составит: ∆E
= 4,0496 *105кг * моль1 * 9 * 1016 м2 *с2 = 3,6446 * 1012Дж*моль1 или 3644,6
ГДж (гигаджоулей). Для сравнения – при сжигании 1 т угля выделяется
33*106Дж энергии. Необходимо учащимся привести коэффициенты перевода единиц.
1 а.е.м. = 1,6605402 * 1027 кг
1 моль = 6,0221367 *1023 частиц
1 Дж = 0,624146 * 1019 эВ
2. В природе содержится три изотопа кислорода – 16О; 17О; 18О. Объясните, почему?
Ar(O) = 15,9994.
Ответ: в данном случае самое большое содержание в природе имеет
16
О, а относительная масса меньше 16 изза дефекта масс. Точная масса
16
О составляет 15,994915 а.е.м.
3. В природе известно два изотопа гелия 3He и 4He. Объясните, почему
Ar(He) = 4,0026.
Ответ: в данном случае наибольшая доля содержания гелия приходится на изотоп 4Не, а относительная масса больше 4 изза того, что
m(1p) больше 1 а.е.м. и m(1n) больше 1 а.е.м. Точная масса 4Не составляет
4,00263 а.е.м.
Химическая связь. Строение веществ [8].
Строение вещества [66]
Химическая связь – результат электронноядерного взаимодействия
частиц, приводящий к образованию новой частицы с меньшим запасом
энергии (принцип минимума энергии). Степень окисления – число электронов, смещенных от одной частицы химического элемента к другой
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в сложном соединении. Степень окисления качественно характеризует
смещение электронной плотности в частице, полярность связи и коррелирует с понятием «электроотрицательность».
Химическая связь характеризуется энергией. Энергия химической связи
– энергия, необходимая для разрыва данной химической связи или энергия, выделяющаяся при образовании данной химической связи (закон
сохранения энергии).
Таким образом, химический процесс мы можем определить как результат
разрыва связей в реагентах и образование новых связей в продуктах.
Энергию связи можно определить исходя из теплового эффекта процесса
и, наоборот, определить тепловой эффект реакции по значениям энергий
связей веществ, участвующих в процессе.
1. Определите среднее значение энергии связи (О&Н) в молекуле воды,
если тепловой эффект реакции синтеза водяного пара составляет +242 кДж
* моль –1, а энергии связей (Н&Н) и (О=О) составляют 436 кДж* моль&1 и 498,5
кДж* моль&1 соответственно.
Ответ: 2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 2 * 242 кДж
Образуются связи: 4 * Есв(О&Н)
Разрываются связи: 2 * Есв (Н&Н) = 872 кДж
1 * Есв (О=О) = 498,5 кДж
При образовании связи энергия выделяется, а при разрушении поглощается. Следовательно: Qх.р.= 4*Есв(О&Н)& 2*Есв(Н&Н)&Есв(О=О)
4 * Есв(ОН) = Qх.р. + 2 * (Н&Н) + Е(О=О)
4 * Есв (ОН) = 1854,5 кДж
Е св(ОН)= 463,625 кДж * моль&1
2. Используя средние значения энергий связей, определите тепловой эффект реакции синтеза аммиака. Есв.(Н&Н) = 436 кДж** моль&1; Есв.(NN)=945
кДж * моль&1; Eсв(N&Н) = 391кДж * моль&1.
Ответ: 3Н2 (г) +N2 (г) = 2NН3(г)
Образуются связи: 6(N&Н)=6* 391 кДж
Разрываются связи: 3(Н&Н) = 3* 436 кДж
1(N N) = 945 кДж
Qх.р.= 6*391&3*436&945 = 93 (кДж)
3. Вычислите среднее значение энергии связи в молекуле метана на
основании следующих данных: CH4(г) CH3+H & 435 кДж; CH3 CH2+H
– 458 кДж; CH2 СH+H – 430 кДж; CH С+Н – 339 кДж.
Ответ: (&435&458&430&339)/4=&415,5 (кДж)
Eсв.(С&Н)=415,5 кДж*моль&1
4. Вычислите среднее значение энергий связей (С&Н) и (С&С),
если:
CH4(г)= C(г)+4Н(г) – 1662 кДж; С2 H6(г) =2C(г)+6 Н(г) – 2841 кДж.
Ответ: В молекуле метана четыре ковалентные связи (С&Н), значит:
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Eсв.(СН)=1662 кДж/4 моль = 415,5 кДж*моль1. В молекуле этана
шесть связей (СН) и одна связь (СС), значит:
Eсв.(СС)=(2841 кДж 6 моль*415,5 кДж*моль1)/1 моль = 348 кДж*моль1
Переход вещества из одного агрегатного состояния в другое также
сопровождается изменением энергии, хотя и не является химическим
процессом. В ходе изменения агрегатного состояния вещества не происходит разрыва химических связей в частице и образования новых, а
происходит изменение расстояний между частицами, их взаимная ориентация и относительная свобода за счет разрушения сил взаимодействия
между частицами.
Наиболее сильные силы взаимодействия между частицами в твердом состоянии, а наиболее слабые в газообразном состоянии. Поэтому
при повышении энергии вещества осуществляется переход из твердого
состояния через жидкое в газообразное, а иногда и сразу в газообразное
состояние, минуя жидкое. В этих процессах также неукоснительно соблюдается закон сохранения энергии и вещества. Эти переходы (фазовые
переходы) удобно показать на энергетическом графике (см. рис. 3.1.3).
Процессы фазовых переходов вещества имеют названия: из твёрдого
в жидкое – плавление; из жидкого в газообразное – испарение, кипение,
парообразование; из твёрдого в газообразное – сублимация, возгонка,
парообразование; из газообразного в жидкое – конденсация, сжижение;
из жидкого в твёрдое – кристаллизация, отвердение; из газообразного в
твёрдое – десублимация, кристаллизация, отвердение. Соответственно
и теплоты имеют названия: Qпл. – теплота плавления; Qисп. – теплота
испарения; Qсубл. – теплота сублимации; Qконд. – теплота конденсации;
Qкрист. – теплота кристаллизации.
Qпл.= Qкр.; Qисп. = Qконд.; Qсубл.=Qконд.+Qкр.; Qсубл.=Qпл.+Qисп.. Несколь-
Рис. 3.1.3. Графическая схема энергетики фазовых переходов вещества
152
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 3.1.4. Графическая схема изменения температуры вещества
при фазовых переходах
ко иначе выглядит графическая схема изменения температуры при фазовых переходах, т.к. при достижении определенной температуры (Тпл. или
Тк., Тсубл.) температура вещества не изменяется, а вся энергия расходуется
на изменение состояния частиц (см. рис. 3.1.4).
Из вышеизложенного следует – чем слабее силы взаимодействия
между частицами вещества, тем ниже температура плавления и кипения
этих веществ.
Выделяют четыре макроструктуры вещества: а) молекулярная; б) ионная; в) атомноковалентная (макромолекулярная); г)
атомнометаллическая.
Самые слабые силы взаимодействия между молекулами (водородные
связи и силы ВанДерВаальса), поэтому молекулярные вещества имеют
низкие температуры плавления и кипения. Наиболее прочные связи в
атомноковалентных кристаллах, следовательно, они имеют наиболее
высокие температуры плавления и кипения.
5. «Сухой лед» – это оксид углерода (IV) в твердом состоянии. Температура его возгонки составляет (78,50С). Определите макроструктуру
этого вещества. В каком качестве его можно использовать?
Ответ: судя по температуре сублимации, оксид углерода (IV)–вещество молекулярной структуры. При испарении «сухого льда» поглощается
большое количество тепла, следовательно, его можно использовать для
глубокого охлаждения (заморозки) продуктов, тем более, что углекислый
газ относительно безопасное вещество.
6. Если отверстие баллона со сжатым углекислым газом обернуть
ветошью и открыть кран, то на ткани можно обнаружить кристаллы
«сухого льда». Объясните это явление.
153
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ответ: при мощном токе углекислого газа из области высокого
давления в область низкого давления происходит резкое расширение
газа, связанное с поглощением тепла, а следовательно, резким понижением температуры, вследствие чего углекислый газ переходит в твердое
состояние.
Прочность кристаллов характеризуется энергией кристаллической
решетки – энергией, необходимой для ее разрушения и перевода вещества в состояние отдельных изолированных частиц.
7. Известно, что энергии кристаллических решеток хлорида натрия
и фторида кальция составляют 778 кДж * моль1 и 2283 кДж * моль1 соответственно. Предположите, у какого из веществ будет более высокая
температура плавления и какое из веществ имеет большую растворимость
в воде. Почему?
Ответ: растворимость хлорида натрия намного выше, т.к. энергия
кристаллической решетки хлорида натрия намного меньше энергии кристаллической решетки фторида кальция. Температура плавления фторида
кальция выше, чем у хлорида натрия по той же причине.
8. Вода на нашей планете наряду со многими функциями выполняет и роль теплопереносчика. Объясните этот факт с энергетических
позиций.
Ответ: вопервых, это теплые течения, например, Гольфстрим. Нагретая в тропиках вода гигантским течением переносится в северные широты
и существенно влияет на климат в этой зоне (сравните климат Голландии,
Англии и климат Архангельска, Норильска).
Вовторых – осадки. Нагретая в экваториальных широтах вода испаряется, запасая в себе энергию, и переносится с ветрами в умеренную
зону. Там водяные пары конденсируются и выпадают в виде осадков,
освобождая запасенную энергию. Таким образом, существует тепловой
баланс нашей планеты, основанный на законе сохранения энергии.
Водород [8].
Водород и его важнейшие соединения [66]
1. По имеющимся у вас сведениям о водороде – простом веществе
– определите его макроструктуру.
Ответ: водород при стандартных условиях – газ, т.е. имеет низкие Тпл.
и Тк.. Следовательно, он имеет молекулярную структуру.
2. На водород – самый распространённый химический элемент
Космоса – приходится основная часть межзвёздной среды и газовых
туманностей. Он образует атмосферы и тела планет-гигантов: Юпитера,
Урана, Сатурна, Нептуна. В виде плазмы водород составляет около половины массы Солнца и большинства звёзд. На долю атомов водорода на
Земле приходится около 1% массы литосферы и гидросферы. Простого
154
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вещества – водорода – земная природа не содержит вовсе. Объясните
этот факт.
Ответ: водород очень лёгкий газ, поэтому способен подниматься на
большую высоту. В Космосе он находится преимущественно в плазменном
состоянии по причине крайне высоких температур. На Земле водород в
виде простого вещества долго существовать не может, т.к. незначительного
нагрева (искра) достаточно для немедленного и быстрого взаимодействия
водорода и кислорода.
3. Объясните факт существования пероксида водорода, воды и фтороводорода при ст.у. в жидком состоянии, тогда как другие соединения водорода
с неметаллами, кроме углеводородов (с С>5), находятся при этих условиях
в газообразном состоянии.
Ответ: все водородные соединения неметаллов имеют молекулярную
структуру, Тпл. и Тк. которых определяются слабыми силами межмолекулярного взаимодействия. Т.к. кислород и фтор имеют наибольшие электроотрицательности и в соединениях с водородом имеют неподелённые
(несвязывающие) электронные пары, они образуют наиболее прочные
межмолекулярные водородные связи. Следовательно, у них более высокие температуры кипения: Тк(HF) – 19,52°С; Тк(H2O) – 100°С; Тк(H2O2)
– 152°С.
4. В двигателях внутреннего сгорания используется вода, которую
заливают в радиатор. Какова её функция в работе двигателя, на чем она
основывается?
Ответ: вода, в силу образования водородных связей, имеет большую
теплоту испарения и, следовательно, является хорошим охлаждающим
средством.
5. Известно, что перед заморозками рекомендуется ранние посевы
обильно поливать водой. Объясните эти рекомендации с энергетических
позиций.
Ответ: при обильном поливе над почвой повышается влажность
воздуха. При понижении температуры водяные пары конденсируются с
выделением теплоты, затраченной на испарение влаги, предохраняя, таким
образом, посевы от переохлаждения.
6. По имеющимся у вас сведениям оцените возможность применения
газа водорода в качестве топлива.
Ответ: водород – прекрасное топливо, т.к. имеет большую теплоту
сгорания (+285,84 кДж*моль1) и не образует вредных продуктов при
сгорании. Трудность использования его заключается в ресурсах. В природе Земли газообразного, жидкого и, тем более, твердого водорода нет,
а получать его химическим путем – дорого. Например, если разлагать
электрическим током воду, то на получение водорода мы затратим (по
закону сохранения энергии) столько же энергии, сколько получим при
155
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
дальнейшем сжигании его. Таким путем можно эффективно запасать
(аккумулировать) энергию (топливные элементы в ракетостроении). Проблема может быть решена при использовании биохимических способов
синтеза водорода (растения, бактерии) или доставкой его из Космоса.
р<Элементы VII группы ПСХЭ [8].
Галогены [66]
1. Галогены – простые вещества, имеют следующий состав и температуры кипения: Тк(F2)=( –187°С); Тк(Cl2)=( –34°С); Тк(Br2)=( –60°С);
Тк(J2)= (–184,5°С). На основании этих данных определите структуру
веществ – галогенов и объясните их состав.
Ответ: низкие температуры кипения указывают на молекулярное
строение галогенов – простых веществ. Молекулы галогенов могут быть
только двухатомные, т.к. образуются одной ковалентной неполярной
связью.
2. Синтез галогеноводородов (за исключением иодоводорода) является
экзотермическим процессом. Почему взаимодействие водорода со фтором
происходит со взрывом даже в темноте, а хлороводород и бромоводород
образуются только при освещении?
Ответ: энергия связи в молекуле фтора (159 кДж*моль1) значительно
меньше (в силу малого радиуса атомов фтора и отталкивания неподеленных электронных пар) энергии связи в молекулах хлора (239 кДж*моль1)
и брома (199 кДж*моль1), т.к. в молекулах хлора и брома существует дополнительное связывание за счет dорбиталей и спаренных электронов
– дативные связи. Поэтому энергия активации молекул фтора гораздо
ниже, а энергии выделяется при синтезе больше, чем у молекул хлора и
брома.
3. Большинство веществ сгорает в атмосфере фтора. Даже вода во фторе
горит голубым пламенем:
2H2O + 2 F2 =O2 + 4HF.
Объясните это явление с энергетических позиций.
Ответ: связи в молекуле фтора имеют небольшую энергию, а следовательно, и малую энергию активации. Энергия связи в молекуле
фтороводорода, наоборот, больше, чем в молекуле воды. Таким образом,
взаимодействие молекул воды с молекулами фтора происходит энергично
и с выделением большого количества тепла и света.
4. Средние значения энергий связей в молекулах оксидов хлора составляют: Есв.(Cl2O)=413 кДж*моль1; Есв.(ClO2)=515 кДж*моль1, а энергия связи
в молекуле кислорода составляет 498,5 кДж*моль1 .
Оцените устойчивость оксидов хлора, а также возможность их прямого синтеза.
Ответ: сумма энергий, затраченных на разрыв связей в реагентах,
156
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
больше суммы энергий связей продукта. Следовательно, реакции прямого
синтеза оксидов хлора сильно эндотермичны, а потому затруднены, т.о.,
оксиды хлора нужно получать косвенным путем. Оксиды хлора неустойчивые вещества и легко разлагаются (нередко со взрывом).
8 класс. Общие закономерности химических реакций [8].
9 класс. Химические реакции [67]
При изучении этой темы вводятся новые понятия: энтропия и закон
Гесса. Понятие энтропия лучше ввести, используя проблемную ситуацию.
Известно, что жидкость испаряется при любой температуре самопроизвольно, хотя этот процесс эндотермический. Вопрос, какая сила заставляет протекать этот процесс. В ходе решения данной проблемы учащиеся
выдвигают гипотезу, что газообразное состояние вещества наиболее вероятно! Далее следует определение: энтропия (S) мера неупорядоченности
(беспорядка) в системе. Любая система (вещество или группа веществ)
стремится перейти в наиболее вероятное состояние, т.е. увеличить свою
энтропию. Понятно, что энтропия газа всегда больше энтропии жидкого
вещества и, тем более, вещества в твёрдом агрегатном состоянии.
S(тв)< S(ж) < S(г)
Таким образом, направление процесса определяют две силы – минимум энергии (тепловой эффект), т.е. стремление вещества перейти в
состояние с минимальной энергией (+Q), и энтропия, т.е. стремление
вещества перейти в наиболее вероятное состояние (∆S>О).
Значит, химическая реакция самопроизвольна при любой температуре, если она экзотермична и протекает с увеличением энтропии. Если
реакция эндотермична и энтропия продуктов меньше энтропии реагентов, то такой процесс невозможен ни при какой температуре. А если
оба фактора разнонаправленны, то возможность реакции определяется
изменением температуры (см. таблицу 3.1.1).
Таблица 3.1.1
Зависимость прохождения реакции от теплового эффекта и изменения
энтропии
157
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Каким образом определяют тепловой эффект и изменение энтропии
химической реакции? Как было показано ранее, изменение энергии в
ходе реакции зависит только от начального и конечного энергетического
состояния веществ. На основании этого в XIX в. русский учёный Герман
Иванович Гесс вывел зависимость теплового эффекта реакции от теплот
образования веществ. Она показывает, что тепловой эффект химической
реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и
теплот образования реагентов с учётом стехиометрических коэффициентов. Математически это выглядит так:
Qх.р.= Σ Qобр.(продуктов) * n Σ Qобр.(реагентов) * n
Теплоты образования веществ – табличные величины. Теплота образования простого соединения (вещества) (устойчивого при стандартных
условиях: Т=298К, р=101325Па) равна нулю.
Изменение энтропии химической реакции также подчиняется закону
Гесса:
∆Sх.р.= Σ S(прод.) * n Σ S(реаг.) * n
Значения энтропий веществ тоже являются табличными величинами.
Знак изменения энтропии можно определить и не прибегая к расчётам,
достаточно сопоставить агрегатные состояния веществ, участвующих в
реакции, и их количества.
Пример:
т
СаСО3(тв) → СаО(тв) + СО2(г) ↑ Q
∆Sх.р.>0 , т.к. S(СаСО3(тв)) < S(СО2(г))+S(СаО(тв))
∆Sх.р.>O, Qх.р.<O.
Реакция возможна только при повышенной температуре.
1. Определите тепловой эффект реакции горения угарного газа (СО)
в кислороде, если при сжигании углерода с образованием углекислого
газа (СО2) выделяется 393,5 кДж энергии, а с образованием угарного газа
выделяется 221 кДж энергии:
Ответ:
т
С(тв) + О2 = СО2 + 393,5 кДж
т
2С(тв) + О2= 2СО + 221 кДж
Следовательно, Qобр (СО2)=393,5 кДж моль1
Qобр (CО)=110,5 кДж моль1
Тогда по закону Гесса:
т
2СО(г) + О2(г)= 2СО(г)
Qх.р. = 2 моль * 393,5 кДж * моль1 – 2 моль * 110,5 кДж * моль1+1 моль
* 0 кДж * моль1
Qх.р.=566 кДж
158
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Не прибегая к расчётам, оцените возможность самопроизвольных реакций при стандартных условиях:
2N2(г) + O2(г)= 2N2O(г) – Q
N2(г) + 2O2(г)= 2NO2(г) – Q
2N2(г) + 3O2(г)= 2N2O3(г) – Q
Ответ: все реакции эндотермические с отрицательным изменением
(уменьшением) энтропии. Следовательно, эти процессы невозможны.
Осуществить такой процесс можно только с использованием нетепловой
энергии, например, радиации или жёсткого у/ф облучения, электрического разряда. Таким образом, оксиды азота нельзя получить прямым
синтезом. Их получают косвенным путём. Небольшое количество оксида
азота (II) образуется в атмосфере при грозовом разряде.
Ускорение химической реакции при повышении температуры
ученики часто трактуют как результат увеличения скорости и частоты
столкновения частиц. Такая трактовка приводит к неверным выводам.
Конечно же, при повышении температуры увеличиваются и скорость и
частота столкновения частиц, но и до повышения температуры частота
столкновений частиц была огромной. Если бы каждое столкновение
приводило к результату, то практически все процессы взаимодействия
частиц с образованием продукта (новой частицы) происходили бы мгновенно. Реальность же иная.
Вывод: лишь ничтожно малая доля столкновений частиц приводит
к результату (образованию новой частицы).
Таким образом, можно определить скорость химической реакции
как число результативных столкновений частиц в единицу времени. А
результативные столкновения выразить через изменение количеств реагентов (уменьшение) или продуктов (увеличение). Какие же частицы
способны к результативному взаимодействию? Это в первую очередь те,
которые способны преодолеть активационный барьер, т.е. активированные (энергичные) частицы. Кроме того, они должны быть определённым
образом взаимоориентированы в пространстве.
Значит, повышение температуры увеличивает энергию частиц и тем
самым увеличивает число «энергичных» (результативных) взаимодействий, а следовательно, и скорость реакции.
К сожалению, в учебниках 9 класса количественную зависимость
скорости реакции от температуры выводят через правило ВантГоффа,
которое справедливо для небольшого количества реакций в узком интервале температур (0°С200°С). Это эмпирическое правило. Существует
точное математическое уравнение этой зависимости (С.Аррениус), которое выводится через энергию активации процесса:
а
, где R=8,314 Дж * моль1 * К1; е=2,7
159
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Конечно, ученики ещё не знакомы с логарифмами, но такая функция
в калькуляторах есть. Поэтому трудностей с вычислением логарифмов не
возникает. Просто нужно сослаться, что подробно с логарифмической
функцией ученики познакомятся в 11 классе на уроках математики, а
сейчас нужно только использовать её значение. Тем более, что уравнение
даётся без вывода. Такой подход помогает избежать формализма знаний
и заведомо некорректных результатов при решении задач.
3. Определите, одинаково ли будет изменяться скорость химической
реакции при изменении температуры от (10°С) до 0°С и от 300°С до
310°С.
Ответ: по правилу ВантГоффа ученики вынуждены дать утвердительный ответ – да, одинаково. И это будет неверно. В соответствии с
уравнением Аррениуса:
а
(произведение 263К*273К<573К*583К).
В первом случае скорость изменится (увеличится) в большее число
раз. Действительно, при увеличении температуры от (10°С) до 0°С увеличение доли «энергичных» частиц будет больше, чем во втором случае.
4. На упаковке некоторых пищевых продуктов есть надпись: срок
хранения при температуре 5°С36 часов, при (2°С)(5°С) – до 3х недель,
при глубокой заморозке ниже (18°С) – до 6 месяцев. Прокомментируйте
данный факт с энергетических позиций.
Ответ: при повышении температуры повышается внутренняя энергия вва, т.е. энергия частиц. Следовательно, увеличивается скорость
химической реакции пищевого продукта с внешней средой (окисление,
разложение и т.п.). Таким образом, убыстряется порча продукта.
5. При проведении некоторых хирургических операций тело больного
подвергают охлаждению. Для чего это нужно?
Ответ: при охлаждении замедляются все процессы, в т.ч. и физиологические. Следовательно, сокращений сердца во время операции будет
гораздо меньше, а следовательно, замедляется и движение крови по
сосудам и дыхание больного.
В учебниках и учебных пособиях роль катализатора в ускорении
процесса часто трактуют как эффект понижения энергии активации
реакции, что в принципе неверно. Энергию активации прохождения реакции нельзя понизить или повысить, это величина постоянная и строго
индивидуальная. Можно изменить ход реакции. Уравнением выражается
только начальное и конечное состояние процесса (реагенты и продукты),
160
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
а сама реакция зачастую состоит из множества промежуточных стадий,
что и определяет её механизм и скорость. Таким образом, катализатор
не понижает энергию активации, а направляет ход реакции по пути с
наименьшей энергией активации через промежуточный активированный
комплекс (см. рис. 3.1.5):
к
А+В = АВ
А+к = Ак (активированный комплекс)
Ак+В = АВ+к
Нужно также отметить, что катализаторы довольно «чувствительны» к изменению температуры. Понижение и повышение температуры
существенно может снизить активность катализатора, т.е. он работает
эффективно при определённой температуре – индивидуальной для
каждого катализатора.
6. Объясните, почему понижение или повышение температуры тела
человека на несколько градусов резко ухудшает его самочувствие и может
привести к необратимым последствиям, тогда как по правилу ВантГоффа
изменение температуры на 10°С изменяет скорость в 24 раза?
Ответ: биохимические процессы очень сложны и состоят из ряда
последовательных процессов (продукты одной реакции являются реагентами следующей). Причём эти процессы каталитические – катализируются ферментами (биокатализаторами). Изменение температуры (даже
Рис. 3.1.5. Графическая схема прохождения катализируемой реакции
161
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
незначительное) резко снижает активность фермента, а следовательно, и
скорость реакции. Та, в свою очередь, снижает скорость следующей реакции и т.д., причём в геометрической прогрессии. Поэтому, в конечном
итоге, происходят весьма существенные изменения в функционировании
организма.
8 класс. Важнейшие классы неорганических веществ [8].
9 класс. Растворы. Теория электролитической диссоциации [67]
Процесс электролитической диссоциации связан с разрывом связей
в растворённом веществе и образованием в растворе гидратированных
ионов. Образование гидратированных ионов связано с образованием
новых связей (иона с молекулами воды) и выделением энергии. Таким
образом, процесс электролитической диссоциации является химическим
и подчиняется общим энергетическим закономерностям, в частности
закону сохранения энергии. Следовательно, чем слабее связи в веществе и чем больше энергия гидратации ионов, тем более полно проходит
диссоциация (по закону сохранения энергии.). Меньше энергии затрачивается, больше выделяется.
Известно, что диссоциации подвергаются ионные соединения и
молекулярные с ковалентнополярной связью. Значит, чем меньше у
ионного вещества энергия кристаллической решётки и больше энергия
гидратации её образующих ионов, тем выше энергия диссоциации ионного вещества. Также, чем меньше энергия связи полярной молекулы
и выше энергия гидратации образующихся из неё ионов, тем больше
степень диссоциации.
Ионные соединения являются более сильными электролитами, чем
молекулярные, т.к. у них в решётке имеются «готовые ионы», а молекулярные соединения должны пройти дополнительную стадию с затратой
энергии – поляризацию связи.
Таким образом, для ионных соединений:
Едисс= Егидр – Екр.реш.
Для молекулярных соединений:
Едисс= Егидр – Еполяриз Есв
1. Известно, что ионные соединения – сильные электролиты, а
растворение некоторых солей, например, нитратов, идёт с поглощением
тепла, т.е. изменение энергии растворения (диссоциации) меньше нуля.
Объясните факт растворения нитратов с энергетических позиций.
Ответ: в данном случае определяющим является энтропийный
фактор, т.к. при растворении (диссоциации) твёрдых веществ энтропия
повышается.
2. Почему растворение газообразных веществ полнее происходит
при понижении температуры?
162
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ответ: растворение газов (молекулярных веществ с полярной связью)
сопровождается уменьшением энтропии и выделением энергии. Следовательно, процесс возможен при понижении температуры.
3. Расположите галогенводороды в ряд с увеличением степени диссоциации в водных растворах. Объясните ваш выбор.
Ответ:
HF<HCl<HBr<HI. Энергия связи в молекулах гологенводородов уменьшается именно в таком порядке HF>HCl>HBr>HI, т.к. радиусы атомов
галогенов увеличиваются в обратном порядке I>Br>Cl>F.
8 класс. р<Элементы VI группы ПСХЭ [8].
9 класс. Подгруппа кислорода и ее типичные представители [67]
1. Почему аллотропная модификация кислорода – озон – может
образовываться в нижних слоях атмосферы только при грозе или в специальных приборах – озонаторах, кварцевых лампах.
Ответ: процесс образования озона из кислорода сильно эндотермичен и идёт с понижением энтропии. Поэтому озон нельзя синтезировать,
используя тепловую энергию. Для этого используется либо электрическая
энергия (разряд), либо световая (ультрафиолет).
2. Простые вещества кислород и сера имеют молекулярную структуру.
Кислород образован двухатомными молекулами и при ст.у. является газообразным, а сера имеет восьмиатомные молекулы и при ст.у. находится в
твёрдом состоянии. Объясните это различие.
Ответ: у атома кислорода меньший радиус по сравнению с атомом
серы, а, следовательно, πсвязь будет более прочная (большая энергия). Следовательно, энергетически кислороду выгоднее образовывать
πсвязи, а значит, двойные связи между двумя атомами. У атома серы
радиус много больше и πсвязи очень слабые. Поэтому сера образует
σсвязи (одинарные) и способна к полимеризации.
3. Большинство минералов (руд) относится к классам оксидов и
сульфидов. Объясните этот факт.
Ответ: большинство оксидов и сульфидов металлов (за исключением
щелочных и щелочноземельных) имеет большие энергии кристаллических решёток, поэтому они не растворимы в воде и не взаимодействуют
с веществами окружающей среды. Негативную роль может играть антропогенный фактор.
4. Объясните тот факт, что при сжигании серы на воздухе образуется
оксид серы (IV), а не оксид серы (VI).
Ответ: оксид серы (VI) при ст.у. находится в жидком состоянии,
поэтому синтез оксида серы (VI) сопровождается уменьшением энтропии. Этот фактор «тормозит» прохождение реакции. Образование
оксида серы (IV) из простых веществ связано с увеличением энтропии,
163
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
что благоприятствует прохождению процесса (тем более при повышении
температуры).
5. Автолюбителям при зарядке аккумулятора часто приходится
готовить растворы серной кислоты определённой плотности. Каким
образом должен поступать водитель: приливать дистиллированную воду
к концентрированной кислоте или, наоборот, кислоту к воде и почему?
Ответ: концентрированная серная кислота с водой образует гидраты.
Этот процесс сильно экзотермичен. Поэтому, приливая воду к кислоте,
есть риск, что за счёт выделяющейся теплоты она вскипит и произойдёт
выброс. Следовательно, нужно осторожно, небольшими порциями при
перемешивании вливать кислоту в воду.
9 класс. р<Элементы V группы ПСХЭ [9].
9 класс. Подгруппа азота и ее типичные представители [67]
1. Объясните с энергетических позиций химическую инертность
молекулярного азота.
Ответ: молекула азота образована одной «сигма» и двумя «пи» связями. Тройная связь очень прочная и имеет большую энергию (порядка
945 кДж * моль1). Следовательно, реакции с участием молекулярного
азота имеют очень большую энергию активации. При ст.у. с азотом
реагирует только литий.
2. Дайте объяснение факту свечения белого фосфора на воздухе.
Ответ: молекула белого фосфора, в отличие от молекул азота, образована четырьмя атомами и имеет форму тетраэдра с углом между
связями равным 60°. В соответствии с этим (отклонение от угла в 90°)
молекула белого фосфора достаточно сильно «напряжена», что значительно ослабляет связи между атомами. Этим обусловлена высокая реакционоспособность белого фосфора. Даже при низких температурах белый
фосфор на воздухе медленно окисляется. Реакция сильно экзотермична
и идёт с выделением энергии в виде света. При повышении температуры
белый фосфор самовоспламеняется. Поэтому его хранят под слоем воды
с особыми осторожностями.
3. Молекулярного азота в природе находится огромное количество
(78% об. атмосферы). Однако существует проблема синтеза азотосодержащих соединений. Почему? Какой путь фиксации азота наиболее
перспективен?
Ответ: молекула азота имеет большую энергию связи и её очень
трудно активировать. На сегодняшний день наиболее распространённым
способом связывания азота является синтез аммиака по ГаберуБошу.
Этот процесс обратимый, имеет небольшой выход, и энергоёмкий. Наиболее перспективным способом связывания азота в будущем является
биосинтез азотосодержащих веществ растениями и бактериями.
164
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Синтез аммиака является слабоэкзотермическим процессом.
Однако реакцию проводят при повышенной температуре (порядка
400°С450°С). Почему?
Ответ: синтез аммиака процесс обратимый. При увеличении температуры увеличивается скорость достижения равновесия. Кроме того,
этот процесс каталитический и для эффективной работы катализатора
нужна именно такая температура.
5. Растворимость аммиака в воде составляет 1300 объёмов в 1 объёме
воды при н.у. Повышение температуры до 20°С снижает растворимость
аммиака до 700 объёмов. Дальнейшее повышение температуры ведёт к
большему уменьшению растворимости. Такая закономерность наблюдается
при растворении абсолютного большинства газов. Объясните её.
Ответ: растворение аммиака (как и большинства газов) процесс
экзотермический (за счёт гидратации молекул), идущий с понижением
энтропии (упорядочение частиц). Для такого соотношения энергетического и энтропийного фактора характерно прохождение процесса при
понижении температуры.
6. Мраморные и известняковые скульптуры, памятники архитектуры,
жизнь растений и животных, здоровье человека в настоящее время сильно
страдают от «кислотных» дождей. Обсудите химические процессы, лежащие
в основе явления «кислотных дождей».
Ответ: «кислотные дожди» – выпадение осадков, имеющих сильно
кислую среду (рН<<7). Причиной этого явления может служить образование
в атмосфере кислотных оксидов, таких как: оксид серы (IV), оксид серы (VI),
оксид азота (IV), оксид углерода (IV).
На кислотность осадков влияют природные и антропогенные факторы.
I. Природные факторы:
а) вулканические газы и гниение (H2S, SO2, CO2, и др.). Сероводород
окисляется кислородом воздуха 2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2 Процесс экзотермический идёт с уменьшением энтропии, следовательно, возможен при
невысоких температурах. Окисление сернистого газа в серный ангидрид
2SO2 + O2=2SO3 – также экзотермический с понижением энтропии. Выход небольшой, примерно 1:99. Выход увеличивается за счёт содержания в
воздухе в виде пыли оксидов и солей тяжёлых металлов (катализ), а также
паров воды (рр SO2 окисляется быстрее);
б) окисление кислородом воздуха азота, содержащегося в атмосфере
т
N2 + O2 = 2NO. Реакция эндотермическая с небольшим увеличением энтропии, следовательно, она возможна при высоких температурах
или при газовых разрядах. Окисление оксида азота (II) в оксид азота
(IV) 2NO + O2=2NO2. Процесс экзотермичен с понижением энтропии.
Возможен при небольших температурах;
165
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в) перечисленные оксиды способны растворяться в воде, причём при
понижении температуры растворимость увеличивается, с повышением
кислотности растворов
CO2 + H2O= H2CO3
SO3 + H2O= H2SO4
SO2 + H2O= H2SO3
4NO2 + O2 + 2H2O= 4HNO3
II. Антропогенные факторы:
а) выброс сернистого газа в результате металлургического производства
(обжига сульфидных руд)
т
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
Сжигание твёрдого и жидкого топлива, содержащих серу
т
S + O2 = SO2
б) выхлопные газы автомобилей. При сжигании топлива в зоне высоких
температур
т
N2 + O2 = 2NO
в) использование нитратных удобрений. Анаэробные бактерии
восстанавливают нитратионы до молекулярного азота, оксида азота
(I), (II), (IV). Далее происходят аналогичные процессы, как и в случае
естественных факторов.
7. Почему окисление аммиака кислородом происходит с трудом в
жёстких условиях (температура, катализатор), а фосфин способен самовоспламеняться на воздухе? Почему растворимость фосфина в воде
гораздо ниже растворимости аммиака?
Ответ: энергия связей в молекуле аммиака выше, чем в молекуле
фосфина, а молекулы оксида фосфора имеют более низкие энергии, чем
молекулы оксидов азота. Следовательно, несмотря на то, что оксиды
азота при ст.у. газообразные, а оксиды фосфора твёрдые, энергетически
гораздо выгоднее окисление фосфина. При растворении аммиака за счёт
донорноакцепторной связи неподеленной электронной пары азота с водородом и водородных связей образуются прочные гидраты NH3*H2O и,
частично, ионы аммония NH4+. Эти процессы связаны с выделением энергии. Фосфин не образует прочных гидратов, а ион фосфония PH4+ крайне
неустойчив. Поэтому, несмотря на то, что связи в аммиаке более прочные,
растворение его в воде энергетически более выгодно.
р<Элементы IV группы ПСХЭ. Углеводороды [9].
Подгруппа углерода и ее типичные представители. Общие
сведения об органических соединениях [67]
1. Объясните причину большой стабильности молекулы оксида углерода (II) и его отравляющее действие.
166
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Ответ: молекула угарного газа образована тройной связью, что
обусловливает высокую энергию связи (Есв = 1076,4 кДж * моль1) и
высокий «активационный барьер» реакций с участием оксида углерода
(II). Молекула угарного газа способна соединяться с другими частицами за счёт образования дополнительной (координационной) связи,
используя при этом неподеленную пару электронов атома углерода.
Таким образом, молекула оксида углерода (II) способна соединяться
с молекулой гемоглобина в крови, образуя при этом прочную связь (в
210 раз прочнее, чем связь гемоглобина с кислородом) и угнетая тем
самым дыхательную функцию (транспортировку кислорода к тканям)
организма.
2. Теплота сгорания графита составляет (+393,5 кДж * моль1), а
теплота сгорания алмаза составляет (+395,328 кДж * моль1). Определить
тепловой эффект превращения графита в алмаз. Возможен ли самопроизвольный переход углерода из графитовой модификации в алмазную?
При каких условиях возможен синтез алмазов?
Ответ: уравнение сгорания углерода имеет вид:
т
C(тв) + O2 = CO2(г) + Q
Если при сгорании алмаза выделяется больше тепла, то, в соответствии с энергетической схемой горения углерода, алмаз имеет более
высокую энергию, чем графит. Следовательно, переход графита в алмаз процесс эндотермический и требует затраты энергии в количестве
(395,328 кДж * моль1 – 393,5 кДж * моль1) 1,828 кДж * моль1. Таким
образом,
С(графит) С(алмаз) – 1,828 кДж
Так как этот процесс эндотермический и идёт с небольшим уменьшением энтропии, то с энергетических позиций самопроизвольное
превращение графита в алмаз невозможно, но при высоких давлениях
(порядка 150 000200000 атм) графит медленно переходит в алмаз, т.к.
плотность алмаза несколько больше плотности графита (ρ(С(алм))=3,515 г
* см3; ρ(С(графит)) = 2,265 г * см3).
3. Объясните с энергетических позиций факт многообразия органических соединений.
Ответ: углерод имеет уникальное строение атома. На четырёх орбиталях внешнего энергетического уровня расположены четыре валентных
электрона. При образовании химических связей атомные орбитали углерода гибридизуются, вследствие чего атом приобретает возможность
образовать четыре ковалентные равноценные связи. Таким образом,
атомам углерода энергетически выгодно образовывать цепи и циклы
различной длины и разнообразного разветвления. Кроме того, в зависимости от типа гибридизации, углерод может образовывать одну или две
167
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«пи» связи. Кроме того, атом углерода образует довольно прочные связи
с другими атомами, мало отличающиеся по энергии (H, O, N, S).
4. Теплота сгорания метана составляет (890,3 кДж * моль1), ацетилена
(1299,63 кДж * моль1), этанола (1366,9 кДж * моль1), сахарозы (5648 кДж
* моль1). Спрогнозируйте, у какого из веществ можно ожидать самую
высокую температуру горения. Какое из этих веществ рентабельнее
использовать в качестве топлива?
Ответ: реакции горения этих веществ выражаются уравнениями:
т
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q
т
C2H2 + 2,5O2 = 2CO2 + H2O +Q
т
C2H5OH +3O2 = 2CO2 +3 H2O
т
C12H22O11 + 12O2 = 12CO2 + 11H2O
Самым теплоёмким из участвующих веществ является вода. Следовательно, о температуре горения вещества можно судить по теплоте
сгорания и по количеству образовавшейся воды. Чем больше воды образуется, тем больше тепла она «забирает». Кроме того, этиловый спирт
– жидкость, а сахароза – твёрдое вещество, и выделяющаяся теплота
будет расходоваться на испарение этих реагентов. Таким образом, можно
с определённой долей вероятности предположить, что наиболее высокая
температура пламени будет при горении ацетилена. Наиболее рентабельным топливом из этих веществ будет, повидимому, метан, так как он в
виде природного газа находится в природе.
Металлы [9].
Общие свойства металлов [67]
Химическая активность металлов в растворах определяется прочностью кристаллической решётки, энергией ионизации и энергией
гидратации ионов металла. Разрушение кристаллической решётки и
ионизация требуют затрат энергии, а гидратация ионов – экзотермический процесс. Следовательно, химическую активность металла
в растворе можно охарактеризовать величиной равной разности
энергии гидратации и энергией кристаллической решётки и ионизации. Эти величины, выраженные через электрический потенциал,
определены для каждого металла и определяют его место в ряду
напряжений. Чем более положителен потенциал, тем больше сумма
величин энергии кристаллической решётки и ионизации превышает
энергию гидратации иона металла, тем инертнее металл в растворе.
Например, Au 3+ + 3e Au ϕ° = 1,5B – положительная величина
потенциала, показывает, что энергии кристаллической решётки и
168
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ионизации золота намного больше энергии гидратации ионов золота.
Поэтому выделяющаяся энергия не компенсирует затрачивающуюся
и переход золота в раствор в виде ионов затруднён. Для щелочных
металлов, наоборот, энергетический фактор благоприятствует переходу из металлического состояния в ионное.
1. Для лития и калия энергии кристаллических решёток, ионизации
и гидратации составляют:
Li – Eкр.реш= 160,5 кДж * моль1
Li – Eиониз = 520,2 кДж * моль1
Li+ – Eгидр= 531,4 кДж * моль1
K – Eкр.реш = 89,2 кДж * моль1
K – Eиониз = 418,8 кДж * моль1
K+– Eгидр = 338,9 кДж * моль1
Определите, какой потенциал ϕ° (К+ + е К) или ϕ° (Li++ e Li)
будет больше. В каком случае выделится больше теплоты – при растворении
в воде лития или калия? Почему калий реагирует активнее с водой (воспламеняется), чем литий?
Ответ: для Li++ e Li разность энергий составит: ∆Е= Eгидр Eкр.реш Eиониз;
∆Е=531,4 520,2 160,5=149,3 кДж * моль1. Для К+ + е К разность
энергий составит ∆Е=338,9 – 418,8 – 89,2=169,1 кДж * моль1. Разность
энергий во втором случае несколько больше. Значит, потенциал для
процесса К+ + е К будет больше. Действительно, по ряду напряжений
ϕ°(К+/К)=2,92В, а ϕ°(Li+/Li)=3,04В. Поэтому способность растворяться в воде у лития выше и, следовательно, в этом случае выделится
больше теплоты при растворении лития. Калий самовоспламеняется
при растворении в воде, т.к. у него небольшая, по сравнению с литием,
температура плавления (63,4°С) и температура воспламенения. Поэтому выделяющейся теплоты достаточно для воспламенения калия, чего
нельзя сказать про литий.
2. Раствор азотной кислоты является сильным окислителем и может
восстанавливаться до оксида азота (II), оксида азота (I), азота и иона аммония. Определите продукты восстановления раствора азотной кислоты
металлами – медью и кальцием.
Ответ: стандартный потенциал (Са2+/Са) = (2,87В), а у (Cu2+/
Cu)=(+0,34В). Более положительный потенциал меди показывает, что
её растворение энергетически менее выгодно, чем растворение кальция.
Следовательно, процесс с кальцием будет происходить с максимальным
выходом (полное восстановление раствора азотной кислоты), а медь будет
восстанавливать раствор кислоты частично.
4Са + 10HNO3рр = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
169
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3Cu + 8HNO3рр = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O
3. Известно, что металлы получают восстановлением из руд. В одних
случаях применяют в качестве восстановителя водород, в других – металлы (например, магний или алюминий), в третьих – углерод (кокс), и
некоторые металлы получают используя электрический ток. Используя
табличные величины теплот образования веществ, разделите условно
металлы в ряду напряжений по способам получения.
Ответ: при восстановлении металлов из оксидов водородом образуется вода, углеродом образуется угарный газ, магнием – оксид магния,
а алюминием – оксид алюминия. Теплота образования воды составляет
(+286 кДж * моль1), угарного газа – (+110,6 кДж * моль1), оксида алюминия – (+1676,8 кДж * моль1), а оксида магния – (+601,8 кДж * моль1).
Следовательно, алюминием можно восстановить самые устойчивые
оксиды металлов. Затем следуют магний, водород и углерод, которыми
можно восстанавливать менее устойчивые оксиды. Устойчивость оксидов металлов в ряду напряжений уменьшается. Следовательно, оксиды
металлов с большим потенциалом можно восстановить углеродом, а с
меньшим – водородом, магнием и алюминием. Щелочные и щелочноземельные металлы в природе находятся в виде галогенидов и обжигу не
поддаются. Теплоты образования галогенидов металлов больше теплот
образования галогенводородов и галогенуглеродов. Поэтому эти металлы восстанавливают с помощью электроэнергии. Таким образом, ряд
металлов можно условно разделить:
Li; K; Ca; Na; Mg; Al – получают электролизом расплавов;
Cr; Be; Ti; Zr; Ta; Nb – получают металлотермией;
Ga; In; Ge; Mo; W; Mn – получают восстановлением водородом;
Fe; Pb; Sn; Cu; Ni – получают восстановлением углеродом.
9 класс. Углеводороды [9].
10 класс. Углеводороды [65]
1. Среднее значение энергий связей в алканах составляют: Е(С–Н) 410 кДж * моль1; Е(С–С) 360 кДж * моль1. Почему при хлорировании и
бромировании алканов происходит замещение атомов водорода, а не разрыв
углеродуглеродной связи? При каких условиях можно получить продукты
разрыва данной связи?
Ответ: галогенирование алканов идёт по радикальному механизму:
hv
I. Cl–Cl Cl + Cl 242 кДж (самая низкая энергия разрыва)
II. a) H3C– H3C + Cl H3C – CH2 + H (74 кДж)
410 кДж
Cl
336 кДж
170
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) H3C – H3C + Cl H3C – Cl + H3C (10 кДж)
360 кДж
350 кДж
в) H3C – H3C + Cl H3C – CH2 + HCl (+21,6 кДж)
410 кДж
431,6 кДж
наиболее энергетически выгодный процесс
III. a) Cl – Cl + H H – Cl + Cl
(+189,6 кДж)
242 кДж
431,6 кДж
б) Cl – Cl + H3C CH3Cl + Cl
(+108 кДж)
242 кДж
350 кДж
в) Cl – Cl + H3C – CH2 H3C – CH2Cl + Cl
(+94 кДж)
242 кДж
336 кДж
Общее значение теплового эффекта реакции:
а) H3C– H3C + Cl2 hv H3C– CH2Cl + HCl + 115 кДж
б) H3C– H3C + Cl2 hv 2H3C–Cl + 98 кДж
в) H3C– H3C + Cl2 hv H3C– CH2Cl + HCl + 115 кДж – наиболее благоприятно для прохождения процесса
Но в случае а) на II стадии слишком высокая энергия активации,
не компенсирующаяся тепловым эффектом. Таким образом, процесс
протекает по механизму в). Механизмы а) и в) наглядно иллюстрируют закон сохранения энергии. Каким бы образом мы ни проводили
процесс тепловой эффект в конечном итоге остаётся постоянным, т.к.
он зависит только от начального и конечного состояния системы (процесса). Провести процесс с разрывом связи (С–С) можно только при
условии компенсации энергии, т.е. при нагревании, взрыве и т.п. Также
углеродуглеродные связи могут разрываться в случае фторирования
алканов, т.к. связи углеродфтор имеют большую энергию и выделяется
большое количество теплоты (процесс идёт со взрывом).
Всё вышесказанное можно проиллюстрировать графической схемой
(см. рис. 3.1.6).
Рис. 3.1.6. Графическая схема радикального галогенирования этана
171
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. При галогенировании пропана были получены следующие результаты:
T, hv
H3C–CH2– H3C + X2 H3C–CH2– H2C–X + H3C–CH– H3C
X
Cl2 500600°C
58%
42%
Cl2 6580°C
40%
60%
Br2 120130°C
3%
97%
Объясните полученные результаты, если известно, что Есв(H3CCH2H2C–
Н) 410 кДж*моль1 , а Есв(H3CCHH3C) 395 кДж*моль1
Н
Ответ: по энергиям связей в пропане видно, что связь вторичного углерода с водородом слабее, чем у первичного атома. Поэтому
энергетически выгоднее именно этот разрыв, что мы и имеем по
результатам эксперимента с бромом. Радикал хлора имеет большую
активность, чем радикал брома, и большую энергию связи с углеродом. Следовательно, выделившейся энергии хватает компенсировать
разрыв более прочной (но более доступной) связи, а при высокой
температуре тем более. Таким образом, при высокой температуре
хлорирования преобладает пространственный (стерический, доступный) фактор; при умеренной температуре хлорирования несколько
преобладает энергетический фактор (выгодность), а при бромировании энергетический фактор полностью подавляет пространственный. Реакция бромирования пропана является региоселективной
(предпочтительное протекание реакции по одному из нескольких
реакционных центров молекулы).
Ещё более низкую энергию имеют связи третичного атома углерода с
водородом (339 кДж*моль1) и бензильного (аллильного) атома углерода
с водородом
(Есв(С6Н5СН2–Н) Есв(СН2= СНСН2–Н) 355 кДж*моль1)
3. Реакции электрофильного присоединения к алкадиенам протекают
согласно схеме (см. рис. 3.1.7).
При каких условиях больше выход продуктов 1,4-присоединения, а при
каких – 1,2присоединения?
Ответ: малая энергия активации 1,2присоединения позволяет говорить о высоком выходе при низкой температуре, когда энергетически
более выгодная реакция 1,4присоединения тормозится активационным
барьером. При повышенных температурах больше выход энергетически
выгодной реакции – 1,4присоединения.
4. Известно, что при повышенных температурах (100150°С) алки172
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
реагенты
продукты
Рис. 3.1.7. Графическая схема реакций присоединения к алкадиенам
лирование толуола ведёт к образованию метаизомера. Объясните этот
факт с энергетических позиций.
Ответ: при нормальных условиях толуол алкилируется в присутствии
катализатора с образованием орто и параизомеров.
Al Cl3
C6H5CH3 + CH3Cl o – C6H4(CH3)2 + п – C6H4(CH3)2
При повышенной температуре образуется метаизомер. Это позволяет
говорить о том, что образование метаизомера имеет большую энергию
активации процесса и больший тепловой эффект, а образование орто
и параизомеров меньшую энергию активации и меньший тепловой
эффект процесса.
Реакции с малой энергией активации идут с большими скоростями и
имеют ощутимый выход продукта при низких температурах. Они называются кинетически контролируемыми реакциями. Реакции, имеющие
несколько большую энергию активации, но и больший тепловой эффект,
преобладают (дают больший выход) при повышенных температурах. Они
называются термодинамически контролируемыми реакциями. Изменяя
условия, можно управлять выходом того или иного продукта (соотношением продуктов (т.к. в органической химии процессы в большинстве
своём идут с образованием смеси разных продуктов (изомеров).
10<11 класс. Термодинамика химического процесса [10].
11 класс. Химические реакции и их общая характеристика.
Основы химической энергетики [63]
Изучение этой темы в (10) 11 классе включает повторение, обобщение и систематизацию знаний по данному вопросу, полученных
учащимися в курсе обучения в основной школе. Так как на уроках
173
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
физики в 10 классе и, частично, на уроках химии в 8 классе школьники
знакомились с основами термодинамики, рассмотрение данной темы
удобнее построить на термодинамических понятиях, реализуя тем самым принцип единства наук о природе и наглядно иллюстрируя закон
природы и, следовательно, нашей жизни. Практическая часть изучения
темы предполагает более сложные задания, включающие все аспекты
школьного курса химии.
Все химические процессы сопровождаются изменением энергии
(Е), в большинстве случаев – в виде теплоты (Q) (экзо и эндотермические реакции). Взаимопревращения теплоты, работы и энергии в
ходе различных процессов изучает термодинамика. Она определяет
возможность и направление самопроизвольного процесса, предел его
протекания, количество выделяемой и поглощаемой в ходе него энергии.
Термодинамика не дает сведений о скорости химической реакции, то
есть изучает равновесные макроскопические состояния. Каждую химическую реакцию (процесс) в термодинамике принято рассматривать как
термодинамическую макроскопическую систему.
Термодинамическая система – это тело (вещество) или группа тел
(веществ), мысленно или при помощи поверхности раздела обособленных
от окружающей среды. Системы могут быть открытыми, если они обмениваются с окружающей средой веществом и энергией; закрытыми, если
происходит обмен только энергией, и изолированными (замкнутыми),
если не происходит никакого обмена.
1. Определите вид системы, содержащей питьевую соду и уксусную
кислоту в открытом сосуде.
Решение. Гашение питьевой соды уксусной кислотой в открытом сосуде
представляет собой открытую систему (обмен веществом за счет углекислого
газа и тепловой обмен).
2. Хозяйка варит мясо в скороварке. Определите вид системы.
Решение. В данном случае процесс происходит в закрытой системе,
так как отсутствует обмен с окружающей средой веществом (скороварка
герметична), а происходит только тепловой обмен.
3. В закрытом термосе находится горячий кофе. Определите вид
системы.
Решение. На первый взгляд кажется, что в данном случае мы имеем
дело с изолированной системой, однако идеально изолированных систем
в природе не существует, можно говорить лишь о модели такой системы.
Если бы термос с кофе был изолированной системой, кофе сохранял бы
свою температуру бесконечно долго, однако всем известно, что через
достаточно продолжительный промежуток времени кофе в термосе
остывает, поэтому в данном случае мы имеем дело также с закрытой
системой.
174
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В каждом теле, в каждом веществе заключена энергия – внутренняя
энергия U. Чем выше содержание энергии в системе, тем она менее устойчива. Системы с большим содержанием энергии стремятся перейти
в более устойчивое состояние, выделяя избыток энергии в окружающую
среду (принцип минимума энергии). Абсолютное значение внутренней
энергии измерить нельзя, т.к. она включает целый ряд различных видов
энергии, в том числе виды энергии, пока еще не известные науке. Можно
измерить только изменение энергии.
Рассмотрим систему, состоящую из 1 моль цинка и 1 моль серной
кислоты. Если реакция проходит в закрытом сосуде, т.е. при постоянном
объеме, выделяется 165,7 кДж теплоты:
Zn(к) + H2SO4(рр) = ZnSO4(рр) + H2(г) + 165,7 кДж/моль.
Количество выделенной или поглощенной теплоты называется
тепловым эффектом реакции. Уравнения реакций, в которых указан
тепловой эффект, называются термохимическими. В них обязательно
указываются агрегатные состояния веществ, так как переход вещества из
одного агрегатного состояния в другое сопровождается дополнительными
энергетическими изменениями. Тепловой эффект, измеренный при постоянном объеме (изохорные условия), называется изохорным тепловым
эффектом QV. В данной реакции выделилось определенное количество
теплоты за счет изменения внутренней энергии при переходе системы из
начального состояния с энергией U1 в конечное с энергией U2. Изменение
внутренней энергии ∆U = U2 – U1 равно, но противоположно по знаку
изохорному тепловому эффекту, поскольку ∆U – это функция системы,
а QV – функция окружающей среды:
∆U = –QV.
Если в уравнении реакции записывается значение изменения внутренней
энергии системы, то уравнение называется термодинамическим:
Zn (к) + H2SO4(рр) = ZnSO4(рр) + H2(г); ∆U = –165,7 кДж/моль.
Если химическая реакция сопровождается выделением газообразных
веществ (изменением объема) и проходит при постоянном давлении (изобарные условия), то изобарный тепловой эффект Qp будет меньше изохорного за счет работы А (в данном случае А – это работа расширения):
Qp = QV – A, или Qp = –∆U – A.
Сумму ∆U + A называют изменением энтальпии ∆Н.
Энтальпия численно равна:
Н = U + pV.
Таким образом, изменение энтальпии в химической реакции равно
изменению внутренней энергии плюс работа, совершаемая системой или
же изменение энтальпии в реакции равно изобарному тепловому эффекту,
взятому с противоположным знаком:
∆Н = ∆U + p∆V, или ∆Н = –Qp.
175
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Так как работа расширения равна А=р∆V, то в соответствии с уравнением
МенделееваКлапейрона можно записать:
А=p∆V=∆nRT.
Это соотношение позволяет вычислить работу расширения при
химической реакции. В вышеприведенной реакции при стандартной
температуре (298 К) образуется 1 моль газообразного водорода, поэтому
∆n=1 и А=1 моль⋅8,314 Дж/(К⋅моль)⋅298,15К = 2479 Дж/моль ≈ 2,5 кДж/
моль. Тогда ∆Н = –165,7 + 2,5 = –163,2 кДж/моль:
Zn(к) + H2SO4(,рр) = ZnSO4(,рр) + H2(г); ∆Н = –163,2 кДж/моль.
4. Вычислите, какое количество теплоты поглотится при получении 6,72
л кислорода (н.у.) по реакции:
2KNO3(к) = 2KNO2(к) + О2(г); ∆Но = 254,8 кДж.
Решение. По термодинамическому уравнению реакции:
для получения 1 моль О2 требуется 254,8 кДж теплоты (∆H = – Qp), т.е.
для получения 22,4 л О2 требуется 254,8 кДж теплоты, а по условию задачи:
для получения 6,72 л О2 требуется Q кДж теплоты.
Дальнейший расчет можно производить методом пропорции, через
количество вещества или другим способом. В любом случае получим, что
для получения 6,72 л кислорода требуется затратить Q = 76,44 кДж. Расчет
изменения энтальпии реакции (вывод термодинамического уравнения
реакции), по данным эксперимента, производится аналогично решению
примера 5. Не забывайте, что знаки изменения энтальпии и теплового
эффекта реакции противоположны!
Стандартная энтальпия ∆Но (от греч. enthalpo – нагреваю) – изменение энтальпии процесса, вычисленное при стандартных условиях
(р=101325 Па; CМ=1 моль/л; и, как правило, Т=298,15 К). Стандартная
энтальпия образования ∆Ноf,298 (от англ. formation – образование) – изменение энтальпии химической реакции образования 1 моль данного
вещества из простых веществ в устойчивом агрегатном состоянии при
стандартных условиях. Энтальпии образования простых веществ в устойчивом агрегатном состоянии при 298 К приняты равными 0. Стандартная
энтальпия сгорания ∆Нос,298 (от англ. combustion – сгорание) – изменение
энтальпии реакции полного сгорания в атмосфере кислорода 1 моль
вещества при стандартных условиях.
Уравнения ∆U = –QV, Qp = –∆U – A. и ∆H = –Qp являются математическими выражениями первого начала термодинамики соответственно
для изохорного и изобарного процессов. Тепловые эффекты (изменения
энтальпий) химических процессов измеряют в специальных аппаратах
– калориметрических бомбах и калориметрах. Возможно и косвенное
определение теплового эффекта (изменения энтальпии) химического
процесса. Из первого начала термодинамики следует закон Гесса, который гласит: изменение энтальпии (при p = const) зависит только от вида
176
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
и состояния исходных веществ и продуктов реакции и не зависит от пути
перехода. Важнейшим практическим применением закона Гесса является возможность расчета неизвестных изменений энтальпий (тепловых
эффектов) реакций по известным.
5. Рассчитайте изменение энтальпии реакции
4Fe(к) + 3О2(г) = 2Fe2О3(к)
при стандартных условиях, если известны стандартные энтальпии
реакций:
2Fe(к) + О2(г) = 2FeО(к);
= 531,4 кДж; (1)
= 579 кДж. (2)
4FeО(к) + О2(г) = 2Fe2О3(к);
Решение. Из данных задачи мы должны найти изменение энтальпии
в реакции образования оксида железа (III) из простых веществ. Для этого
уравнения (1) и (2) следует написать так, чтобы после их суммирования получилось бы требуемое уравнение, поэтому сложим уравнения реакций (1)
и (2), умножив уравнение (1) на 2, аналогично поступим и с изменениями
энтальпий реакций:
+
4Fe(к) + 2О2(г) = 4FeО(к);
= 2 ⋅ 531,4 кДж = 1062,8 кДж;
4FeО(к) + О2(г) = 2Fe2О3(к);
= 579 кДж.
=
+
= 1062,8–579=1641,8 (кДж)
4Fe(к)+3О2(г)= 2Fe2О3(к);
Поскольку мы получили, что изменение энтальпии в этой реакции
меньше 0, можно сделать вывод о том, что эта реакция термодинамически выгодна.
Другой важный вывод из закона Гесса состоит в том, что энтальпия разложения химического соединения равна, но противоположна по знаку энтальпии
его образования из тех же веществ при тех же условиях. В соответствии с законом Гесса, если уравнение реакции переписывается в противоположном
направлении, то знак изменения энтальпии изменяется на противоположный. Например:
Znк + H2SO4,рр = ZnSO4,рр + H2,г; ∆Н = – 163,2 кДж.
H2,г + ZnSO4,рр = H2SO4,рр + Zn,к; ∆Н = + 163,2 кДж.
Закон Гесса позволяет точно вычислять тепловые эффекты (изменения энтальпий) процессов, которые зачастую даже невозможно практически осуществить.
6. Рассчитайте изменение энтальпии перехода графита в алмаз
при стандартных условиях, если известны изменения энтальпий в
реакциях:
С(графит) + О2(г) = СО2(г); ∆Но1 = – 393,51 кДж; (1)
С(алмаз) + О2(г) = СО2(г); ∆Но2 = – 395,34 кДж. (2)
177
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Решение. Запишем уравнение перехода графита в алмаз:
С(графит) = С(алмаз); ∆Но – ? (3)
Для нахождения изменения энтальпии в этом процессе необходимо
так написать уравнения (1) и (2), чтобы после их суммирования получилось уравнение (3). Так как в первом и третьем уравнениях символ
С(графит) находится перед знаком равенства, уравнение (1) оставим неизменным. В уравнении (3) символ С(алмаз) находится в правой части,
поэтому уравнение (2) перепишем в противоположном направлении,
не забыв изменить знак изменения энтальпии на противоположный.
Сложим это уравнение с уравнением (1):
С(графит) + О2(г) = СО2(г); ∆Но1 = – 393,51 кДж
+
СО2(г) = С(алмаз) + О2(г); ∆Но2 = + 395,34 кДж
С(графит) = С(алмаз); ∆Но = ∆Но1 – ∆Но2 = – 393,51 + 395,34 = + 1,83 (кДж)
Из полученного значения изменения энтальпии перехода видно, что
превращение графита в алмаз сопровождается поглощением энергии,
поэтому термодинамически невыгодно, противоположный же процесс
протекает самопроизвольно при повышенных температурах.
Таким образом, закон Гесса позволяет складывать и вычитать уравнения и изменения энтальпий (тепловые эффекты) химических реакций,
поэтому этот закон еще называют законом аддитивности (от англ. addition
– сложение) теплот реакций. При решении задач по закону Гесса не забывайте при сложении и вычитании уравнений реакций изменять знаки
изменения энтальпий и умножать стехиометрические коэффициенты
веществ и изменения энтальпий на такие числа, чтобы количества веществ в уравнениях были одинаковыми и формулы всех промежуточных
веществ можно было бы сократить!
Из закона Гесса вытекают некоторые важные следствия:
1. Если совершаются две реакции, приводящие из различных начальных состояний к одинаковым конечным состояниям, то разница
между их ∆Н представляет собой ∆Н перехода из одного начального
состояния в другое. (Иллюстрацией применения для расчетов этого
следствия является пример 6).
2. Стандартная энтальпия реакции равна разности между суммой
стандартных энтальпий образования продуктов реакции и суммой стандартных энтальпий образования исходных веществ, умноженных на
соответствующие стехиометрические коэффициенты:
∆Нor,298 = Σni∆Hof,298(прод.) – Σni∆Hof,298(исх.).
7. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции горения пропана, используя стандартные энтальпии образования веществ.
Решение. Запишем уравнение реакции:
С3Н8(г) + 5О2(г) = 3СО2(г) + 4Н2О(г).
178
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Выпишем из справочной таблицы значения стандартных энтальпий
образования участвующих в реакции веществ:
∆Hof,298(С3Н8(г)) = – 103,9 кДж/моль ∆Hof,298(СО2(г)) = – 393,51 кДж/моль
∆Hof,298(О2(г)) = 0
∆Hof,298(Н2О(г)) = – 241,84 кДж/моль
По закону Гесса:
∆Нor,298 = Σni∆Hof,298(прод.) – Σni∆Hof,298(исх.);
∆Нor,298 = [n(СО2(г)) ⋅ ∆Hof,298(СО2(г)) + n(Н2О(г)) ⋅ ∆Hof,298(Н2О(г))] –
– [n(С3Н8(г)) ⋅ ∆Hof,298(С3Н8(г)) + n(О2(г)) ⋅ ∆Hof,298(О2(г))];
∆Нor,298 = [3 моль ⋅ (–393,51 кДж/моль) + 4 моль ⋅ (–241,84 кДж/моль)] –
– [1 моль ⋅ (–103,9 кДж/моль) + 5 моль ⋅ 0] =
= –1180,53 кДж – 967,36 кДж + 103,9 кДж = – 2043,99 кДж.
3. Стандартная энтальпия реакции равна разности между суммой
стандартных энтальпий сгорания исходных веществ и суммой стандартных энтальпий сгорания продуктов реакции, умноженных на соответствующие стехиометрические коэффициенты:
∆Нor,298 = Σni∆Hoc,298(исх.) – Σni∆Hoc,298(прод.).
8. Рассчитайте стандартную энтальпию реакции:
СН4(г) + СО2(г) = 2СО(г) + 2Н2(г),
используя стандартные энтальпии сгорания веществ:
∆Hoс,298(СО(г)) = – 283,0 кДж/моль
∆Hoс,298(СН4(г)) = – 890,31 кДж/моль
o
∆H с,298(СО2(г)) = 0
∆Hof,298(Н2(г)) = – 285,84 кДж/моль
Решение. По закону Гесса:
∆Нor,298 = Σνi∆Hoc,298(исх.) – Σνi∆Hoc,298(прод.).
∆Нor,298 = [ν(СН4(г)) ⋅ ∆Hoс,298(СН4(г)) + ν(СО2(г)) ⋅ ∆Hoс,298(СО2(г))] –
– [ν(СО(г)) ⋅ ∆Hoс,298(СО(г)) + ν(Н2(г)) ⋅ ∆Hoс,298(Н2(г))];
∆Нor,298 = [1 моль ⋅ (–802,32 кДж/моль) + 1 моль ⋅ 0] –
– [2 моль ⋅ (–283,0 кДж/моль) + 2 моль ⋅ (–241,84 кДж/моль)] =
= –802,32 кДж + 566,0 кДж + 483,68 кДж = + 247,36 кДж.
Тепловые эффекты (изменения энтальпий) химических процессов
можно рассчитывать также, используя величины средних энергий химических связей. Химический процесс можно рассматривать как перераспределение электронной плотности в системе, то есть разрушение
исходных химических связей и образование новых. Следовательно,
общее изменение энергии в системе равно сумме изменений энергий
связей. Разрыв связей – процесс эндотермический, а образование связей
– экзотермический, поэтому
∆Еобщ. = ΣЕсв.(образующихся) – ΣЕсв.(разрывающихся).
9. Определите тепловой эффект (изменение энтальпии) в стандартных
условиях образования ацетилена из простых веществ, если энергия связи
в молекуле водорода равна 436 кДж/моль, энергия атомизации углерода
179
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– 715 кДж/моль, средняя энергия связи С≡С = 823 кДж/моль и средняя
энергия связи С–Н = 415 кДж/моль.
Решение. Составим уравнение процесса:
2С(к) + Н2(г) = С2Н2(г).
Разрываются связи: 2С(к) 2С(г) – Еат. ( 2⋅715 кДж)
Н2(г) 2Н(г) – Есв. ( 436 кДж)
Образуются связи: С≡С (823 кДж);
2 С–Н (2⋅415 кДж)
Тогда ∆Еобщ. = (823 + 2⋅415) – (2⋅715 + 436) = –213 кДж/моль.
Следовательно, Qf°(С2Н2) = –213 кДж/моль, а ∆Нf°(С2Н2) = 213 кДж/моль.
Если сравнить полученное значение со справочным (∆Нfо(С2Н2) = 226
кДж/моль), то видно некоторое отличие. Это можно объяснить тем, что мы
использовали средние значения энергий связей, что вносит определенные
погрешности в расчет.
Используя этот метод и точные значения энергий связей между частицами, можно рассчитать неизвестные энергии связей. Данный способ
используется для определения стандартных энтальпий образования ионных
соединений и называется цикл БорнаГабера.
Если реакции протекают в растворах электролитов, нужно учитывать,
что взаимодействие происходит между ионами, образование которых
также сопровождается изменением энергии, следовательно, и числовые
данные должны быть использованы для ионов.
10. Определите тепловой эффект растворения 1 моль металлического
натрия в большом избытке воды.
Решение. Составим уравнение процесса:
Nа(к) + Н2О(ж) = NаОН(к) + 0,5Н2(г).
По уравнению реакции, используя 2 следствие из закона Гесса, ∆Нrо
= (–426,6 + 0) – (–286 + 0) = 140,6 кДж/моль. Но воды – избыток, а
значит, гидроксид натрия будет растворяться и диссоциировать на ионы,
следовательно, чтобы избежать ошибки, необходимо это учесть.
NаОН(к) + nН2О(ж) = Nа+(рр) + ОН–(рр); ∆Нораств. = –42,3 кДж/моль.
В общем: ∆Нrо = –140,6 + (–42,3) = –182,9 (кДж/моль)
Или:
Nа(к) +nН2О(ж) = Nа+(рр) + ОН–(рр) + 0,5Н2(г)
∆Нrо = [∆Нfo(Na+(рр)) + ∆Нfо(ОН–(рр)) + 0,5⋅∆Нfо(Н2(г))] –
– [∆Hfo(Na(к)) + ∆Нfо(Н2О(ж))] = –182,9 кДж/моль.
Зная значения стандартных энтальпий образования ионов в растворе,
можно рассчитать стандартные энтальпии растворения веществ.
Большинство самопроизвольных реакций сопровождается выделением теплоты, т.к. любая система стремится к минимуму энергии,
поэтому термодинамически более выгодны реакции с отрицательным
значением изменения энтальпии. Но в ряде случаев недостаточно для
180
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
суждения о направлении реакции оперировать понятием изменения
энтальпии.
Помимо стремления к минимуму энергии, для любой системы характерна тенденция самопроизвольного перехода в термодинамически более
вероятное состояние – состояние с большей степенью беспорядка.
Логарифмическим выражением термодинамической вероятности
существования системы является энтропия (от гр. en – в, внутри и thrope
– поворот, превращение) S.
Энтропия системы может изменяться и при обмене ее с окружающей
средой теплотой. Изменение энтропии в результате теплообмена называется
потоком энтропии и определяется уравнением:
q
∆S =
.
T
Энтропия является мерой скрытой энергии системы, то есть энергии,
не способной переходить в работу.
Итак, термодинамически более вероятны процессы, протекающие с
увеличением (производством) энтропии, то есть процессы, для которых ∆S
= S2 – S1 > 0. (Второе начало термодинамики).
Так же как изменение энтальпии, энтропию принято относить к стандартным условиям; такие энтропии называют стандартными, и их значения
для различных веществ приведены в справочниках.
Пользуясь законом Гесса, можно рассчитать изменение энтропии в
химическом процессе:
∆Sor,298 = SniSo298(прод.) – SniSo298(исх.).
Из вышесказанного понятно, что вещество в газообразном состоянии
характеризуется более высоким значением энтропии по сравнению с
жидким состоянием, которое в свою очередь имеет более высокое значение энтропии относительно твердого состояния. Также более высокое
значение энтропии свойственно веществам, в структурную единицу
которых входит наибольшее число разнообразных частиц.
11. Расположите в порядке увеличения энтропии следующие вещества: S(к), S(ж), S(г).
Решение. Фазовый переход S(к) S(ж) S(г) сопровождается поглощением
теплоты, а следовательно, увеличением хаотичности движения частиц и
увеличением энтропии.
12. Расположите в порядке увеличения энтропии следующие вещества:
S(г), О2(г), О3(г), СОСl2(г), РСl5(г).
Решение. По количеству частиц, входящих в структурную единицу
вещества, определяем порядок расположения данных веществ. Он соответствует порядку их расположения в условии задачи.
Пользуясь законом Гесса, можно рассчитать изменение энтропии в
химическом процессе:
181
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
∆S°r,298 = ΣniS°298(прод.) – ΣniS°298(исх.).
13. Рассчитайте изменение энтропии в реакции, указанной в примере 6, при стандартных условиях.
Решение. Запишем уравнение реакции:
С3Н8(г) + 5О2(г) = 3СО2(г) + 4Н2О(г).
Выпишем из справочной таблицы значения стандартных энтропий
участвующих в реакции веществ:
S°298(С3Н8(г)) = 269,9 Дж/(моль⋅К)
S°298(О2(г)) = 205,03 Дж/(моль⋅К)
S°298(СО2(г)) = 213,6 Дж/(моль⋅К)
S°298(Н2О(г)) = 188,74 Дж/(моль⋅К)
По закону Гесса:
∆S°r,298 = ΣniS°298(прод.) – ΣniS°298(исх.).
∆S°r,298 = [n(СО2(г)) ⋅ S°298(СО2(г)) + n(Н2О(г)) ⋅ S°298(Н2О(г))] –
– [n(С3Н8(г)) ⋅ S°298(С3Н8(г)) + n(О2(г)) ⋅ S°298(О2(г))];
∆S°r,298 = [3 моль ⋅ 213,6 Дж/(моль⋅К) + 4 моль ⋅ 188,74 Дж/(моль⋅К)] –
– [1 моль ⋅ 269,9 Дж/(моль⋅К) + 5 моль ⋅ 205,03 Дж/(моль⋅К)] =
= 640,8 Дж/К + 754,96Дж/К – 269,9 Дж/К – 1025,15 Дж/К = + 100,71
Дж/К.
Из сказанного выше видно, что для процессов, происходящих в природе, характерно стремление перейти в состояние с наименьшей энергией
и выделить теплоту, т.е. понизить энтальпию, и стремление перейти в наиболее вероятное состояние, т.е. повысить степень беспорядка (увеличить
энтропию). Это две энергетические движущие силы химического процесса,
сумма которых определяет общую движущую силу, которая в изобарных
условиях называется изменением изобарноизотермического потенциала (свободной энергии Гиббса), ∆G, а в изохорных условиях – изменением
изохорноизотермического потенциала (свободной энергии Гельмгольца), ∆F.
Таким образом, для изобарных процессов:
∆G = ∆H T∆S.
а для изохорных процессов:
∆F = ∆U T∆S.
Изменение энергии Гиббса также принято относить к стандартным
условиям. Стандартные энергии Гиббса образования веществ ∆Gof,298 приводятся в справочниках. Пользуясь законом Гесса, можно рассчитывать
стандартные изменения энергии Гиббса химических реакций:
∆G°r,298 = Σni∆G°f,298(прод.) – Σni∆G°f,298(исх.).
Самопроизвольно протекают те процессы, изменение энергии Гиббса
(Гельмгольца) которых отрицательно.
14. Определите, возможна ли реакция
Fе2О3(к) + 3СО(г) = 2Fе(к) + 3СО2(г)
при стандартных условиях и покажите, как влияет температура на
возможность ее прохождения.
182
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Решение. Выпишем из справочных таблиц энтальпии образования веществ и их энтропии при 298 К:
Рассчитаем изменение энтальпии реакции (как мы делали в примере 7):
∆Ноr,298 = – 3 ⋅ 393,5 + 822,2 + 3 ⋅ 110,5 = – 26,8 (кДж) = – 26800 (Дж).
Рассчитаем изменение энтропии реакции (как мы делали в примере 13):
∆Sоr,298 = 2 ⋅ 27,2 + 3 ⋅ 213,7 – 87,4 – 3 ⋅ 197,5 = 15,6 (Дж/К).
Найдем изменение изобарного потенциала реакции при стандартной
температуре 298К:
∆Gоr,298 = ∆Ноr,298 – T∆Sоr,298 = – 26800 – 15,6 ⋅ 298 = – 31449 (Дж) = – 31,45
(кДж)
Отрицательное значение ∆Gоr,298 свидетельствует о том, что при стандартных условиях эта реакция возможна (на самом деле она проходит с очень
малой скоростью).
Химические реакции, при протекании которых происходит уменьшение энергии Гиббса системы (∆G<0) и совершается работа, называются экзэргоническими (экзоэнергетическими). Вынужденные реакции,
в результате которых энергия Гиббса возрастает (∆G>0) и над системой
совершается работа, – эндэргоническими (эндоэнергетическими). Например, окисление глюкозы кислородом сопровождается уменьшением
энергии Гиббса (∆G = –2880 кДж/моль), т.е. это процесс экзэргонический. Именно в результате этой реакции осуществляются различные
виды работы в организме человека. Реакции синтеза белка в организме
– эндэргонические.
Познавательные задания по всему курсу
1. Физикохимический процесс растворения кристаллов нитрата
натрия в воде происходит с понижением температуры. Укажите знак
теплового эффекта процесса кристаллизации нитрата натрия из насыщенного водного раствора. (Q>0)
2. Предложите способ перевода единицы теплового эффекта реакции
кДж⋅моль1 в кДж⋅г1. (Q:М)
3. Определите знак изменения энтальпии и знак теплового эффекта
в следующих процессах: а) сгорание бензина; б) конденсация пара; в)
183
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
замерзание воды; г) электролиз воды; д) сгорание натрия в хлоре. (а, б,
в, д – ∆Н<0, Q>0; г – ∆Н>0, Q<0)
4. Расположите вещества в порядке увеличения хаотичности (беспорядка) в структуре: Cu(к); О2(г); S(ж); лед; воздух. (Сu(к); лед; S(ж); О2(г);
воздух)
5. Расположите вещества в следующих состояниях в порядке увеличения энтропии; а) 1 моль Н2О(ж) при 100°С и 1 атм.; б) 1 моль Н2О(к) при
0°С и 1 атм.; в) 1 моль Н2О(ж) при 0°С и 1 атм.; г) 1 моль Н2О(г) при 100°С
и 1 атм.; д) 1 моль Н2О(ж) при 25°С и 1 атм.; е) 1 моль Н2О(г) при 100°С и
0,5 атм. (б, в, д, а, г, е)
6. Не прибегая к расчетам, определите знак изменения энтропии в
следующих процессах:
а) NН3(г) + НСl(г)
б) СОСl2(г)
NН4Сl(к);
СО(г) + Сl2(г);
в) РСl3(г) + Сl2(г)
РСl5(г);
г) N2(г) + 3Н2(г)
2NН3(г);
д) С6Н12(ж) + 9О2(г) = 6СО2(г) + 6Н2О(г);
е) растяжение резиновой полоски.
(а) ∆S<0; б) ∆S>0; в) ∆S<0; г) ∆S<0; д) ∆S>0; е) ∆S<0)
7. Укажите, не прибегая к расчетам, какие из реакций протекают самопроизвольно при любой температуре: а) 2С (к) + О 2(г) =
2СО (г); б) 6С (к) + 3Н 2(г) = С 6Н 6(ж) – Q; в) СS 2(ж) + 3О 2(г) = СО 2(г) + 2SО 2(г)
+ Q. (а, в)
8. При сгорании 1 моль водорода с образованием жидкой воды выделяется 286 кДж тепловой энергии. Составьте термохимическое уравнение
горения водорода. Определите количество теплоты, выделяющейся при
взрыве 8,4 л (н.у.) гремучего газа. (71,5 кДж)
9. При полном сгорании этена с образованием жидкой воды выделилось 6226 кДж теплоты. Найдите объем вступившего в реакцию кислорода
(н.у.), если термохимическое уравнение процесса имеет вид: С2Н4(г) +
3О2(г) = 2СО2(г) + 2Н2О(ж) + 1411 кДж. (296,5 л)
10. Термохимическое уравнение разложения аммиака имеет вид:
2NН3(г)
N2(г) + 3Н2(г) – 92 кДж. а) рассчитайте количество энергии,
затраченной на разложение 5 моль аммиака; б) определите тепловой
эффект образования 22,4 л аммиака из простых веществ; в) составьте
термохимическое уравнение синтеза аммиака. (а) 230 кДж; б) 46 кДж;
2NН3(г) + 92 кДж)
в) N2(г) + 3Н2(г)
11. При сгорании 4 г металлического кальция в кислороде выделилось
63,6 кДж теплоты. Напишите термохимическое уравнение горения кальция
в кислороде. (2Са(к) + О2(г) = 2СаО(к) + 1272 кДж)
12. Какое количество теплоты выделится при сжигании 1 кг термита?
Термохимическое уравнение горения термита имеет вид: 3Fе3О4(к) + 8Аl(к)
= 9Fе(к) + 4Аl2О3(к) + 3353,5 кДж. (3677 кДж)
184
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
13. При восстановлении 12,7 г оксида меди (II) углем (до образования
угарного газа, стандартные условия) поглощается 8,24 кДж теплоты. Определите стандартную энтальпию процесса. (51,9 кДж)
14. При соединении 2,1 г железа с серой выделилось 3,77 кДж теплоты
(стандартные условия). Рассчитайте стандартную энтальпию образования
сульфида железа (II). (100,5 кДж/моль)
15. Водяной газ представляет собой смесь равных объемов угарного
газа и водорода. Определите изменение энтальпии сгорания 112 л водяного газа (н.у.), если стандартная энтальпия сгорания водорода равна
(–286 кДж/моль), а стандартная энтальпия сгорания оксида углерода
(II) – (–283,2 кДж/моль). (–1423 кДж)
16. В круглодонную колбу диаметром 6,6 см, наполовину заполненную водой с температурой 20,0оС, бросили 1 г бария. После окончания
реакции температура раствора оказалась равной 29,858оС. Определите
изменение энтальпии взаимодействия бария с водой, считая, что вся
теплота расходуется на нагревание раствора. (426,48 кДж)
17. Вычислите среднее значение энергий связей С–Н и С–С, используя следующие данные:
СН4(г) = С(г) + 4Н(г) – 1662 кДж;
С2Н6(г) = 2С(г) + 6Н(г) – 2841 кДж.
(415,5 кДж/моль; 348 кДж/моль)
18. Вычислите среднее значение энергии связи С–Н на основании
следующих данных:
СН4(г) = СН3(г) + Н(г) – 435 кДж;
СН3(г) = СН2(г) + Н(г) – 458 кДж;
СН2(г) = СН(г) + Н(г) – 430 кДж;
СН(г) = С(г) + Н(г) – 339 кДж.
(415,5 кДж/моль)
19. Вычислите среднюю энергию связи N–Н в молекуле аммиака на
основании следующих данных:
2NН3(г) + 1,5 О2(г) = N2(г) + 3Н2О(г) + 633,08 кДж;
3Н2О(г) = 1,5 О2(г) + 3Н2(г) – 725,46 кДж;
N2(г) = 2N(г) – 945 кДж;
3Н2(г) = 6Н(г) – 1308 кДж.
(390,9 кДж/моль)
20. Средняя энергия связи С–С равна 348 кДж/моль, связи С=С 605
кДж/моль, связи Н–Н = 436 кДж/моль, связи С–Н = 415,5 кДж/моль.
С помощью этих данных определите тепловой эффект реакции гидрирования этилена. Почему полученное вами значение отличается от
экспериментального (+136 кДж/моль)? (+138 кДж/моль)
21. Вычислите изменение стандартной энтальпии образования этана,
используя следующие данные: ∆H°(С–Н) = 415,5 кДж/моль; ∆H°(С–С)
185
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
= 348 кДж/моль; ∆H°(С(к)) = 715 кДж/моль; ∆H°(Н–Н) = 436 кДж/моль.
Объясните расхождение полученной вами величины с экспериментальной (–84,67 кДж/моль). (103 кДж/моль)
22. Используя значения средних энергий связей при 298 К, определите стандартное изменение энтальпии синтеза аммиака: ∆H°(Н–Н) =
436 кДж/моль; ∆H°(N≡N) = 945 кДж/моль; ∆H°(N–Н) = 390 кДж/моль.
(–43,5 кДж/моль)
23. Вычислите изменение стандартной энтальпии синтеза метана
из простых веществ, если средние энтальпии связей при 298 К равны
∆H°(С–Н) = 415,5 кДж/моль; ∆H°(С(к)) = 715 кДж/моль; ∆H°(Н–Н) =
436 кДж/моль. (–75 кДж/моль)
24. Определите стандартное изменение энтальпии синтеза оксида
азота (II) из простых веществ, если: ∆H°(N≡N) = 945 кДж/моль; ∆H°(О=О)
= 498 кДж/моль; ∆H°(N=O)= 632 кДж/моль. Оцените целесообразность
получения оксида азота (II) прямым синтезом. (89,75 кДж/моль)
25. Определите среднюю энергию связи О–Н в молекуле воды, если
стандартная энтальпия образования воды в парообразном состоянии
равна 242 кДж/моль и ∆H°(Н–Н) = 436 кДж/моль, а ∆H°(О=О) = 498,5
кДж/моль. (463,625 кДж/моль)
26. Определите стандартные энтальпии образования хлороводорода и
иодоводорода из газообразного состояния реагентов, используя следующие данные: ∆H°(Н–Н) = 436 кДж/моль, ∆H°(Сl–Сl) = 239,2 кДж/моль,
∆H°(I–I) = 151,1 кДж/моль, ∆H°(Н–Сl) = 431,6 кДж/моль, ∆H°(Н–I)
= 298,3 кДж/моль. Объясните различие в полученных значениях. (–94
кДж/моль, –4,75 кДж/ моль)
27. По экспериментальным данным, стандартное изменение энтальпии гидрирования этена составляет –136 кДж/моль, а стандартное
изменение энтальпии гидрирования бензола равно –208 кДж/моль. Что
вы можете сказать о порядке связи в молекуле бензола? (1,5)
28. Составьте термохимическое уравнение гашения жженой извести,
если теплота синтеза оксида кальция из простых веществ составляет
+635,7 кДж/моль, теплота образования жидкой воды из водорода и кислорода равна +286 кДж/моль и теплота образования гидроксида кальция
из простых веществ – +986,8 кДж/моль. (СаО(к) + Н2О(ж) = Са(ОН)2(к) +
65,1 кДж)
29. Определите теплоту образования угарного газа из углерода и кислорода, если известны термохимические уравнения:
С(к) + О2(г) = СО2(г) + 394 кДж;
СО(г) + 0,5 О2(г) = СО2(г) + 283,24 кДж.
(110,76 кДж/моль)
30. Теплота полного сгорания алмаза равна 395,3 кДж/моль, а теплота
полного сгорания графита составляет 393,4 кДж/моль. Определите теплоту
186
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
превращения графита в алмаз. Сделайте вывод об устойчивости этих веществ. (–1,9 кДж/моль; графит более устойчив)
31. Теплота образования углекислого газа из углерода и кислорода равна
394 кДж/моль, а теплота образования жидкой воды из водорода и кислорода
составляет 286 кДж/моль. Теплота полного сгорания этена равна 1411 кДж/
моль. Вычислите теплоту образования этена. (–51 кДж)
32. Глицерин имеет стандартную энтальпию образования, равную
–666 кДж/моль. Это вещество образуется в организме в процессе
расщепления жиров; в результате метаболизма оно в конце концов окисляется до углекислого газа и воды. Вычислите количество
энергии, которое выделится в результате окисления в организме 10
г глицерина, если стандартная энтальпия сгорания углерода равна
(–394 кДж/моль), а стандартная энтальпия сгорания водорода – (–286
кДж/моль). (166 кДж)
33. Вычислите стандартную энтальпию образования бензола, если
известно, что:
(48 кДж/моль)
34. Определите стандартную энтальпию и тепловой эффект растворения 1 моль семиводного сульфата магния в воде, если стандартная
энтальпия растворения сульфата магния равна (85 кДж/моль), а стандартная энтальпия гидратации его – (–101,1 кДж/моль). (∆Нораств = 16,1
кДж/моль)
35. Рассчитайте стандартное изменение энтропии в процессах:
а) Н 2О(к) = Н2О (ж); б) Н2О (ж) = Н2О(г); в) Н2О (к) = Н2О (г), если S°(Н2О (к))
= 47,9 Дж/(моль⋅К), S°(Н2О(ж)) = 70 Дж/(моль⋅К); S°(Н2О (г)) = 188,7
Дж/(моль⋅К). Объясните, почему энтропии льда и жидкой воды
мало отличаются между собой и сильно отличаются от энтропии
водяного пара. (а) 22,1 Дж/(моль⋅К); б) 118,7 Дж/(моль⋅К); в) 140,8
Дж/(моль⋅К))
36. Рассчитайте стандартное изменение энтропии разложения
бертолетовой соли с образованием кислорода, если: S°(КСlО3) = 143
Дж/(моль⋅К); S°(КСl) = 82,68 Дж/(моль⋅К); S°(О2) = 205 Дж/(моль⋅К).
(494,36 Дж/(моль⋅К)
37. Вычислите общее (система + окружающая среда) изменение
энтропии при испарении 250 г воды при 25°С, если молярная теплота испарения воды при этой температуре составляет (44 кДж/моль). (0,40219
кДж/К)
187
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38. При ядерном взрыве выделилось 6⋅1014 Дж энергии. Какому изменению массы соответствует эта энергия? (6,6667 г)
39. Определите количество энергии, выделившейся при ядерном синтезе
с участием 4 кг дейтерия, если
трития по уравнению
молярные массы: протия – 1,0081 г/моль, дейтерия – 2,0146 г/моль, трития
– 3,0168 г/моль. (3,8634⋅1014 Дж)
40. При взрыве водородной (тритиевой) бомбы происходит ядерная
реакция, которой соответствует уравнение:
. Рассчитайте количество энергии, которое выделяется при использовании
1 кг трития, если атомные массы: дейтерия – 2,014102 а.е.м, трития
– 3,016049 а.е.м, гелия – 4,002603 а.е.м.; масса нейтрона – 1,008665 а.е.м.
(5,6348⋅1014 Дж)
41. Определите энергию связи ядра лития 73Li, если его атомная масса
7,016003 а.е.м. (5,2066⋅1011 Дж/моль нуклонов)
42. Рассчитайте количество энергии, поглощенное в результате
с получением ядер плутония
и
αбомбардировки ядер урана
нейтронов, если использовали 1 моль урана, а атомные массы: урана238
– 238,050784 а.е.м., плутония239 – 239,052157 а.е.м., гелия – 4,002603 а.е.м.;
масса нейтрона – 1,008665 а.е.м. (9,2496Ч1012 Дж)
43. Энергетический эффект ядерной реакции
равен (1,2157Ч1011 Дж). Вычислите массовое число (атомную массу) изотопа
азота14, если атомные массы: гелия – 4,002603 а.е.м., водорода1 – 1,007825
а.е.м., кислорода17 – 16,999133 а.е.м. (14,003005 а.е.м.)
44. Вычислите, какому изменению массы отвечает изменение энергии, составляющее 1000 кДж/моль. (1,1(1)⋅108 г/моль, или 1,1108⋅108
а.е.м.)
45. Вычислите, какому количеству энергии эквивалентно изменение
массы на 1 г. (9⋅1013 Дж)
46. При образовании ядра изотопа кислорода16 из протонов и нейтронов выделяется около 13 млрд. кДж/моль энергии. Определите атомную массу кислорода16, если массы: нейтрона – 1,008665 а.е.м., протона
– 1,007825 а.е.м. (15,988 а.е.м.)
47. Энергетический эффект термоядерной реакции 63Li + 21H = 242He
равен 22,7 МэВ. Вычислите массовое число лития6, если атомные массы:
дейтерия – 2,014102 а.е.м., гелия – 4,002603 а.е.м., а 1 эВ = 1,60219⋅1019
Дж. (6,0154332 а.е.м.).
48. Приведите примеры самопроизвольно возможных процессов: а)
экзотермического; б) эндотермического; в) сопровождающегося увеличением энтропии; г) сопровождающегося уменьшением энтропии.
188
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
49. Выполнение какого условия необходимо для протекания эндотермического процесса СаСО3(к)
СаО(к) + СО2(г). (Процесс определяется энтропийным фактором, значит возможен при повышенной
температуре)
50. Будет ли изменение температуры оказывать влияние на самопроизвольность реакции горения углерода в кислороде? (Нет)
51. Процесс фотосинтеза характеризуется поглощением энергии и
упорядочением системы, тем не менее он происходит в природе. Как
это можно объяснить? (Фотосинтез возможен только под действием
солнечной (нетепловой) энергии (фотоны) и энергии клетки, в результате
которой происходит самоорганизация системы (растения) и увеличение
энтропии окружающей среды. В целом система (растения + окружающая
среда) увеличивает энтропию. До сих пор процесс фотосинтеза не удалось
провести вне растительной клетки (in vitro).
52. Какие из приведенных ниже водородных соединений можно получить прямым синтезом при комнатной температуре, а какие только косвенным путем: Н2О(г) (∆Н°f<0); Н2S(г) (∆Н°f<0); Н2Sе(г) (∆Н°f>0); Н2Те(г) (∆Н°f>0)?
(можно получить воду и сероводород)
53. Определите возможность прохождения при стандартных условиях
реакции С6Н12О6(к) + 6О2(г) = 6СО2(г) + 6Н2О(г). Как влияет повышение
температуры на прохождение процесса? (Процесс самопроизволен при
любой температуре. Повышение температуры способствует его протеканию)
54. На основании следующих данных сделайте вывод об изменении
термической устойчивости карбонатов и о растворимости их в воде:
МgО(к) + СО2(г)
МgСО3(к); ∆G°r = –65,1 кДж;
СаО(к) + СО2(г)
СаСО3(к); ∆G°r = –131,4 кДж;
SrО(к) + СО2(г)
SrСО3(к); ∆G°r = –182,4 кДж;
ВаО(к) + СО2(г)
ВаСО3(к); ∆G°r = –226,4 кДж.
(Самый термически устойчивый – карбонат бария, а наименее устойчивый – карбонат магния; растворимость от карбоната магния к карбонату
бария уменьшается)
55. Предложите способ получения сухого льда, если имеется баллон
со сжиженным углекислым газом. (При разгерметизации баллона давление резко падает и газ совершает работу по расширению. Это связано
с большим поглощением тепловой энергии, а следовательно, с понижением температуры. Поэтому если открыть баллон, предварительно
привязав мешочек из сухой ткани к отверстию, то, в связи с сильным
понижением температуры, возможно образование в мешочке твердого
оксида углерода (IV).)
189
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
56. Почему на направление реакции горения углерода в кислороде
температура не оказывает принципиального значения? (∆H°r <0; ∆S°r 0.
Процесс самопроизволен при любой температуре)
57. Рассчитайте изменение энергии Гиббса реакции окисления оксида
азота (II) до оксида азота (IV) в стандартных условиях. Возможна ли эта
реакция при О°С; 550°С. (–35,546 кДж; при 0°С –( –37,371 кДж) – процесс
термодинамически разрешен, при 500°С – (+2,78 кДж) – процесс невозможен)
58. Определите возможность синтеза аммиака из простых веществ при
стандартных условиях. Как влияет изменение температуры на возможность
протекания реакции?
(∆G° = –32,8172 кДж, повышение температуры препятствует протеканию процесса)
59. Определите возможность самопроизвольного протекания процесса
разложения кальцита при 25 и 1000°С. Что можно сказать о целесообразности получения углекислого газа таким способом? (∆G°298 = 130,65 кДж;
∆G°1273 = –27,2 кДж)
60. Вычислите минимальную температуру, при которой процесс разложения
карбоната кальция термодинамически разрешен. (1105 К, 832°С)
61. В каком направлении реакция Fe2О3(к)+ 3Н2(г)
2Fе(к)+ 3Н2О(г) протекает самопроизвольно при 100оС? (∆G°373 = 43,92 кДж; реакция протекает
в обратном направлении)
62. Определите температуру, выше которой невозможно получение
хлорида аммония из аммиака и хлороводорода. (619,9 К, Т>347оС)
63. Окисление сероводорода кислородом возможно по следующим
уравнениям реакций:
Н2S(г) + 1/2О2(г) = S(к) + Н2О(ж);
Н2S(г) + 3/2 О2(г) = SО2(г) + Н2О(ж);
Н2S(г) + 2 О2(г) = SО3(г) + Н2О(ж).
По какому из данных путей происходит окисление в природе предпочтительнее? (∆G°1 = –207 кДж; ∆G°2 = –507,266 кДж; ∆G°3 = –578,1838 кДж,
но предпочтительнее идет процесс 2, т.к. SO3 при ст.у. находится в твердом
состоянии)
64. Почему кристаллическая сода существует на воздухе в виде десятиводного кристаллогидрата? (∆G°гидратации, 298 = –99,116 кДж)
65. Возможно ли самопроизвольное протекание реакции синтеза
озона из кислорода? Какие условия необходимы для ее осуществления?
(∆G°298 = 325,5452 кДж, реакция невозможна при любой температуре,
синтез осуществляется, например, при действии облучением ультрафиолетовым светом)
66. В промышленности водород для синтеза аммиака получают
конверсией природного газа. Какие условия необходимы для этого
190
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
процесса? (∆G°298 = 142,38 кДж, реакция идет самопроизвольно при
Т>962,213 К).
67. Дополните предложения:
а). Термодинамика – это …
б). Тепловое движение присуще …
в). При неизменных внешних условиях за некоторое время все тела
самопроизвольно переходят в …
г). Равновесное состояние характерно тем, что …
д). При тепловом равновесии в любой части системы температура …
е). С изменением температуры тела изменяются …
ж). Для измерения температуры можно использовать явление …
з). Первое начало термодинамики утверждает, что …
и). Работа и количество теплоты характеризуют не само состояние системы (как ∆Н и ∆S), а процесс …
к). Невозможность создания вечного двигателя первого рода является
убедительным доказательством …
(а). Термодинамика – это учение о тепловых процессах.
(б). Тепловое движение присуще совокупностям частиц, составляющих
все окружающие нас тела.
(в). При неизменных внешних условиях за некоторое время все тела
самопроизвольно переходят в состояние теплового равновесия.
(г). Равновесное состояние характерно тем, что все термодинамические
параметры остаются неизменными бесконечно долго.
(д). При тепловом равновесии в любой части системы температура
постоянна.
(е). С изменением температуры тела изменяются объем, давление и
другие термодинамические параметры.
(ж). Для измерения температуры можно использовать явление теплового
расширения тел.
(з). Первое начало термодинамики утверждает, что вся теплота,
переданная системе, расходуется на увеличение внутренней энергии и
совершение работы.
(и). Работа и количество теплоты характеризуют не само состояние
системы (как ∆Н и ∆S), а процесс перехода системы из одного состояния
в другое.
(к). Невозможность создания вечного двигателя первого рода является
убедительным доказательством первого начала термодинамики.
68. При некоторой температуре Т эндотермическая реакция А>В
самопроизвольно идет практически до конца. Определите: а) знак ∆S
реакции; б) знак ∆G реакции при температуре Т; в) возможность протекания реакции В > А при низких температурах. (а) >0; б) <0; в) при
достаточно низких температурах реакция В > А возможна)
191
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
69. Определите, какие из ниже перечисленных утверждений
верные: а) эндотермические реакции не происходят самопроизвольно; б) эндотермические реакции протекают при достаточно
низких температурах; в) эндотермические реакции возможны при
достаточно высоких температурах, если изменение энтропии положительно. (в)
70. В каком из следующих случаев реакция возможна при любых температурах: а) ∆Н°<0, ∆S°>0; б) ∆Н°<0, ∆S°<0; в) ∆Н°>0, ∆S°>0; г) ∆Н°>0,
∆S°<0? (а)
71. Исходя из следующих уравнений реакций, сделайте вывод об
устойчивости соединений свинца и олова в разных степенях окисления:
РbО2(к) + Рb(к) = 2РbО(к); ∆G°298 <0;
SnО2(к) + Sn (к) = 2SnО(к); ∆G°298 >0.
72. Каков знак ∆Gо263 процесса таяния льда? (положительный)
73. Для процессов, уравнения которых приведены ниже, укажите
правильное соотношение тепловых эффектов и стандартных изменений
энтальпий:
а) Н2(г) + О(г) = Н2О(г) + Q1; ∆Н°1<0;
б) Н2(г) + 1/2 О2(г) = Н2О(г) + Q2; ∆Н°2<0;
в) 2 Н(г) + О(г) = Н2О(г) + Q3; ∆Н°3<0.
(Q3>Q1>Q2; ∆Н°3 <∆Н°1<∆Н°2)
74. Найдите массу метана, при полном сгорании которого с образованием жидкой воды выделяется энергия, достаточная для нагревания 100 г
воды от 20 до 30°С. Удельная теплоемкость воды 4,18 Дж/(г⋅К); ∆Н°с(СН4)
= –890,31 кДж/моль. (0,07512 г)
75. Вычислите стандартную энтальпию реакции лития с водой,
если ∆Н°f(Li+(рр)) = –278,5 кДж/моль; ∆Н°f(ОН–(рр)) = –230,2 кДж/моль;
∆Н°f(Н2О(ж)) = –286 кДж/моль. (–445,4 кДж)
76. Какие из перечисленных оксидов могут быть восстановлены алюминием при 298 К: оксид кальция, оксид железа (II), оксид меди (II), оксид
свинца (II), оксид железа (III), оксид хрома (III), если:
(Все, кроме СаО)
77. При взаимодействии 5 г металлического натрия с водой выделяется 40,25 кДж теплоты, а при взаимодействии 10 г оксида натрия с
водой – 36,46 кДж. Рассчитайте изменение стандартной энтальпии образования оксида натрия, если ∆Н°f,298(Н2Ож) = –286 кДж/моль. (–430,248
кДж/моль)
192
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
78. Стандартная энтальпия растворения в воде глауберовой соли равна
78,6 кДж/моль. Определите, на сколько понизится температура раствора
при растворении 0,5 моль этой соли в 1000 г воды, принимая с°р(рра) =
4,18 Дж/(г⋅К). (на 8,09°)
79. При растворении 10 г гидроксида натрия в 250 г воды температура
раствора повысилась на 9,7°С. Определите теплоту растворения едкого
натра, принимая удельную теплоемкость раствора равной 4,18 Дж/(г⋅К)
и считая, что вся теплота расходуется на нагрев раствора. (–42,16784
кДж/моль)
80. После озонирования некоторого объема кислорода объем газа уменьшился на 500 мл. Какое количество энергии затратилось на процесс, если
∆Н°f(О3(г)) = 144,2 кДж/моль. (6,4375 кДж)
81. Изменение энтропии при плавлении 100 г меди составляет 15,1
Дж/К. Определите молярную теплоту плавления меди, если Тпл. (Сu) =
1083°С. (13 кДж/моль)
82. Изобразите энергетическую диаграмму горения углерода в кислороде с образованием оксида углерода (СО2), если ∆Н°f(СО2(г)) = –394
кДж/моль.
83. Составьте термохимическое уравнение реакции горения водорода с образованием жидкой воды, если при сгорании 2 г его выделяется
286 кДж энергии. (2Н2(г) + О2(г) = 2Н2О(г) + 572 кДж)
84. Определите объем кислорода, необходимый для сжигания метана,
чтобы получить 445 кДж энергии и жидкую воду, если ∆Н°с(СН4(г)) = –890
кДж/моль. (22,4 л).
85. Студентка в ожидании троих друзей приготовила салат, содержащий: 880 г свежей капусты (300), 200 г моркови (390), 150 г яблок (510), 60
г подсолнечного масла (9290), специи. Определите количество энергии,
выделившееся в организме каждого, считая, что все съели поровну и что
пища наполовину «сжигается» в тканях организма. В скобках указана
калорийность продуктов в ккал/кг. (118,9875 ккал)
86. Молодая дама, «соблюдающая фигуру», не удержалась и поглотила с пищей на 50% энергии больше обычной ежедневной нормы
(2200 ккал). Сколько времени она должна стирать белье (130), ездить
на велосипеде (220), бегать трусцой (500), чтобы компенсировать излишек? В скобках приведены энергетические затраты при совершении
работы в ккал/г. (стирать 8 ч 27 мин. 35 с; ездить на велосипеде 5 ч;
бегать трусцой 2 ч 12 мин.)
87. В комнату с температурой 25°С поместили два одинаковых стакана
с дистиллированной водой в одном и раствором серной кислоты (плотность 1,732 г/мл) – в другом. Изменится ли со временем температура
содержимого каждого стакана? Если да, то каким образом? (вода будет
охлаждаться, а раствор серной кислоты нагреваться)
193
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88. При сжигании 1,792 л (н.у.) смеси метана, угарного газа и кислорода в калориметре выделилось 13,683 кДж теплоты. Если к продуктам
сгорания добавить некоторое количество водорода и вновь поджечь, то
выделится дополнительно 9,672 кДж теплоты. Известно, что при реакциях образования из простых веществ 1 моль метана, оксида углерода
(II), оксида углерода (IV) и паров воды выделяется 74,8; 110,5; 393,5;
241,8 кДж соответственно. Каковы парциальные объемы каждого из
газов в исходной смеси? (0,224 л метана, 0,448 л угарного газа и 1,12 л
кислорода)
89. Теплота образования некоторого газообразного углеводорода равна 103,7476 кДж/моль. В результате сгорания образца этого углеводорода
выделилось 55,45 кДж теплоты. Образовавшийся при этом углекислый
газ имеет массу, в три раза большую, чем исследуемый образец. Зная,
что теплота сгорания угля равна 393,67357 кДж/моль, а теплота сгорания
водорода – 286 кДж/моль, вычислите теплоту сгорания данного углеводорода. Какова была масса сожженного образца этого углеводорода?
(2220 кДж/моль; 1,1 г)
90. Сколько стаканов (150 мл) ледяной (0°С) воды нужно выпить, чтобы
компенсировать энергию, полученную с порцией жареной картошки (220
ккал)? Почему такой способ похудания малоэффективен? Удельная теплоемкость воды при 25°С равна 4,184 Дж/(гЧК). (40 стаканов)
91. Вещество Х в чистом виде – пахнущая фиалками бесцветная
жидкость, кипящая при 46°С. Х в стандартных условиях не смешивается
с водой, но реагирует с парами воды при температуре выше 150°С, при
этом выделяется 64 кДж теплоты на 1 моль Х. Х проявляет кислотные
свойства, калиевая соль соответствующей кислоты используется для
борьбы с вредителями сельского хозяйства. Назовите вещество Х и напишите его структурную формулу. Назовите соответствующую кислоту
и ее калиевую соль, составьте их формулы. Запишите уравнение гидролиза Х. Рассчитайте теплоту образования газообразного Х из простых
веществ, если теплота сгорания углерода равна 394 кДж/моль, а серы
– 297 кДж/моль. Теплота сгорания одного из продуктов гидролиза Х
составляет 519 кДж/моль (вода везде предполагается в виде пара). (сероуглерод СS2; S=С=S; тиоугольная кислота Н2СS3, тиокарбонат калия
К2СS3; гидролиз в парообразном состоянии при Т>150оС до углекислого
газа и сероводорода; –114 кДж/моль).
92. Вычислите тепловой эффект реакции получения фтороводорода
из простых веществ, если Есв(Н2) = 436 кДж/моль; Есв(F2) = 159 кДж/моль;
Есв(НF) = 568,5 кДж/моль. (542 кДж)
93. Вычислите калорийность (на 100 г) жира тристеарина С57Н110О6,
который полностью «сгорает» в организме. Тепловой эффект реакции составляет 75520 кДж. (1014 ккал на 100 г)
194
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
94. В стакане молока емкостью 200 мл содержится 8 г белков, 12 г углеводов, 4 г жиров. Вычислите калорийность молока, если калорийность
углеводов составляет 17 кДж/г; жиров – 38 кДж/г; белков – 17 кДж/г.
(58,795 ккал на 100 г)
95. Во время бега человек массой 60 кг затрачивает 418,4 кДж/км.
Вычислите массы следующих пищевых продуктов, которые эквивалентны затрате энергии бегуна на дистанции 5 км: а) молока (калорийность
2,5 кДж/г); б) сосисок (15 кДж/г); в) яблок (2,5 кДж/г); г) сахара (17
кДж/г); д) яиц (6 кДж/г). (а) 836,8 г; б) 139,466 г; в) 836,8 г; г) 123,05 г;
д) 348,66 г)
96. Какое количество теплоты выделится или поглотится при растворении 1 моль гидроксида натрия в большом количестве воды? Для разрушения
кристаллической решетки требуется 885 кДж/моль, а при гидратации ионов
натрия и гидроксидионов выделяется соответственно 423 кДж/моль и 511
кДж/моль. (+ 49 кДж)
97. Определите, в каком случае тепловой эффект больше: а) при взаимодействии 1 моль цинка с 1М соляной кислотой; б) при взаимодействии
1 моль цинка с 1М раствором уксусной кислоты. (В первом случае)
98. При нейтрализации 1 л 1М соляной кислоты 1 л 1М раствора гидроксида натрия выделилось 55,8 кДж теплоты. Каков тепловой эффект взаимодействия 100 мл 0,5М раствора серной кислоты с 200 мл 0,5М раствора
гидроксида калия? (5,58 кДж)
99. При стандартных условиях теплота сгорания белого фосфора
равна 1492 кДж/моль, а теплота сгорания черного фосфора – 1414
кДж/моль. Чему равна теплота образования черного фосфора? (+39
кДж/моль)
Конкурсные задания.
1. При сжигании этановой кислоты в кислороде выделилось 235,9
кДж теплоты и осталось 10 л непрореагировавшего кислорода (измерено
при р = 104,1 кПа и Т = 40оС). Рассчитайте массовые доли компонентов в
исходной смеси, если известно, что теплоты образования оксида углерода
(IV), паров воды и этановой кислоты составляют 393,5 кДж/моль, 241,8
кДж/моль и 484,2 кДж/моль соответственно. (36% этановой кислоты и
64% кислорода)
2. При стандартных условиях теплота сгорания водорода в кислороде
с образованием жидкой воды равна 286 кДж/моль, а теплота сгорания
водорода в озоне с образованием жидкой воды равна 334 кДж/моль.
Определите теплоту образования озона при стандартных условиях. (–144
кДж/моль)
3. Даны три уравнения химических реакций:
Н2(г) + 1/2О2(г) = Н2О(ж) + 68,3 ккал;
195
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
СаО(к) + Н2О(ж) = Са2+(рр) + 2 ОН–(рр) + 19,5 ккал;
Са(к) + 2 Н2О(ж) = Са2+(рр) + 2 ОН–(рр) + Н2(г) + 103 ккал.
Определите тепловой эффект реакции образования оксида кальция из
простых веществ. (636 кДж/моль)
4. При сжигании паров этанола в кислороде выделилось 494,2 кДж
теплоты и осталось 19,7 л непрореагировавшего кислорода (р = 101,3 кПа
и Т = 27°С). Рассчитайте объемные доли компонентов в исходной смеси,
если теплоты образования оксида углерода (IV), паров воды и паров этанола
равны 394 кДж/моль, 242 кДж/моль и 277 кДж/моль соответственно. (83,33
% этанола)
5. 48 г минерала А, содержащего 46,7 мас. % железа и 53,3 мас. % серы,
сожгли в избытке кислорода, а твердый продукт сгорания В прокалили
с 18,1 г алюминия. Какое количество теплоты выделилось в результате
каждого из этих процессов, если известно, что реакции проводились
при постоянной температуре, а теплоты образования А, В, оксида серы
(IV) и оксида алюминия при данной температуре равны 163,2; 824; 297 и
1675 кДж/моль соответственно. (А – FеS2; В – Fе2О3; 337,12 кДж/моль;
170,2 кДж/моль)
6. Считая объемную долю кислорода в воздухе равной 20%, установите,
при каком объемном соотношении водород:воздух их смесь одного и того же
объема дает при взрыве максимальное количество энергии. (2:5)
7. Растворение безводного сульфата меди (II) массой 10 г сопровождается выделением 4,14 кДж энергии, а растворение такой же массы медного
купороса – поглощением 0,47 кДж энергии. Определите стандартную
теплоту образования медного купороса из безводной соли и воды при
той же температуре. (77,99 кДж/моль)
8. При термическом разложении 1 моль дихромата аммония выделяется
503 кДж энергии. Сколько выделится энергии при разложении некоторого
количества соли, если масса твердого остатка оказалась на 10 г меньше массы
исходного вещества? (50,43 кДж)
9. При сжигании 3,6 г алюминия в кислороде при 25°С выделилось
111,3 кДж энергии. Вычислите теплоту образования оксида алюминия.
(1669,5 кДж/моль)
10. Для нагревания 1 кг неизвестного газа на 1° при постоянном давлении
требуется 912 Дж теплоты, а для нагревания на 1° этого же газа в таком же
количестве при постоянном объеме требуется 649 Дж энергии. Определите,
какой это газ. (кислород)
11. Какой объем (н.у.) природного газа (считать природный газ
чистым метаном) необходимо сжечь, чтобы расплавить кубик олова с
длиной внутренней диагонали, равной
см, находящийся при стандартных условиях? Стандартная энтальпия сгорания метана равна (–882
196
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кДж/моль), стандартная энтальпия плавления олова (7,2 кДж/моль),
температура плавления олова (231,9°С), плотность αолова (5,85 г/см3),
удельная теплоемкость αолова (0,219 Дж/г⋅К). Рассеиванием теплоты
пренебречь. (0,425 л)
Контрольные (проверочные) работы
«Хорошо поставить вопрос – значит
уже наполовину решить его».
Д. Менделеев.
Тема: «Химические элементы и вещества в свете атомно<молекулярного
учения».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин.
10. Определите структуру предложенных веществ и классифицируйте
их по схеме:
а) белый фосфор – P4; поваренная соль – NaCl; кварц – SiO2; алюминий
– Al; алмаз – C; сахар – C12H22O11;
б) сера – S8; серная кислота – H2SO4; кислород – O2; железо – Fe; питьевая сода – NaHCO3; уксусная кислота – CH3COOH;
в) свинец – Pb; углекислый газ – CO2; йод – J2; медь – Cu; медный
купорос – CuSO4*5H2O; лёд – H2O;
г) угарный газ – CO; азот – N2; золото – Au; ацетон – C3H6O; серебро
– Ag; негашёная известь – CaO.
20. Составьте формулу вещества по модели его молекулы, дайте название
веществу и определите валентности образующих его элементов.
197
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
30. Составьте формулу вещества по его названию и валентностям образующих его элементов.
а) хлорид железа (III)
б) фторид серы (VI)
в) гидрид кальция
г) оксид хлора (IV)
40. Определите формулу вещества, содержащего:
а) 93,75%С и 6,25%Н и имеющего молярную массу 128 г/моль;
б) 78,2%В и 21,8%Н и имеющего молярную массу 27,622 г/моль;
в) 5,88%Н и 94,12%О и имеющего молярную массу 34 г/моль;
г) 5,88%Н и 94,12%S и имеющего молярную массу 34 г/моль.
50. Определите количество атомов, образующих частицы:
а) 18 г льда;
б) 36 мл воды;
в) 44 г сухого льда;
г) 11,2 л углекислого газа.
Тема: «Водород и его важнейшие соединения».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин.
10. Водород в природе существует в виде двух изотопов: протия – 1Н с
относительной атомной массой равной 1,007825 и дейтерия – 2Н с относительной атомной массой равной 2,014. Массовая доля содержания протия
составляет 99,985%. Определите относительную атомную массу элемента
водорода.
20. Определите объём (н. у.) водорода, который можно получить из 1
3
м природного газа, содержащего 95% метана. Какой минимальный запас
энергии потребуется для этого, если на конверсию 1 моль метана расходуется
165 кДж энергии.
30. Приведите по 2 уравнения реакции процессов, в которых пероксид
водорода выступает в роли окислителя и в роли восстановителя. Назовите
продукты реакции.
40. Определите теплоту образования 1 моль водяного пара, если
энергия связи в молекуле водорода составляет 436 кДж/моль, в молекуле
кислорода – 498,4 кДж/моль, а энергия связи О–Н составляет 463,25
кДж/моль.
50. Предложите наиболее оптимальный, на ваш взгляд, способ получения
водорода. Ответ обоснуйте.
Дополнительное задание:
60. Реакция ядерного синтеза в водородной бомбе выражается уравнением:
2
Н + 2Н 3Не + 1n
198
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определите количество энергии, которое можно получить, используя
1 г дейтерия, если Аr (2Н) = 2,014; Аr(3Не) = 3,0163; Аr(1n) = 1,008665. Полученную величину сравните с теплотой сгорания угля:
С + О2 СО2 + 393,5 кДж
Тема: «Итоговая обобщающая контрольная работа за курс химии 8
класса».
Форма: традиционная.
Время: 2 х 45 мин.
10. Заполните предложенную таблицу:
Пример: вода
а) кварц, белый фосфор;
б) поваренная соль, ромбическая сера;
в) кислород, угарный газ;
г) алюминий, аммиак.
20. Составьте графическую схему реакции, описываемую уравнением:
а) Al + O2
Al2O3;
б) СuO + H2 Сu + H2O;
в) HNO3
NO2 + O2 + H2O;
г) H2S + O2 S + H2O
Определите окислитель и восстановитель, определите количества
продуктов, если исходные вещества взяты в количестве 1 моль, выразите
полученные количества для газов в единицах объёма (н. у.), а для твёрдых
веществ в единицах массы.
30. Составьте уравнение и определите тепловой эффект химической
реакции:
а) горения водорода;
б) горения угарного газа;
в) полного сгорания сероводорода;
г) полного сгорания метана.
Какой объем газа (н. у.) потребуется сжечь, чтобы довести до кипения 1 л воды, находящейся при температуре 200С (потерями тепла
пренебречь)?
199
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Есв (ОН) = 463,25 кДж/моль
Есв (SH) = 367 кДж/моль
Есв (О=О) = 498,4 кДж/моль
Есв (НН) = 436 кДж/моль
Есв (О=С=О) = 1608,6 кДж/моль
Есв (С О) = 1076,4 кДж/моль
Есв (СН) = 415,5 кДж/моль
Есв (SO2 ) = 1072,3 кДж/моль
40.
а) определите массу одной молекулы кислорода и выразите её в кг,
а. е. м.;
б) определите абсолютную плотность кислорода (н. у.) и выразите
её в кг/м3;
в) при сгорании 3 г металла образуется оксид массой 5,66 г, в котором
степень окисления элемента равна +3. Определите этот металл;
г) определите объём воздуха (н. у.), необходимый для полного сгорания
11,2 л метана (н. у.), и выразите его в м3;
50.
а) для идентификации молекулярного йода в растворе используют
обычно 0,2%ный раствор крахмала в воде. Какую массу крахмала и
объём воды нужно использовать для приготовления 200 г такого раствора? Почему для определения молекулярного йода используют раствор
крахмала?
б) физиологический раствор имеет плотность равную 1,0045 г/см3.
В 1 л такого раствора содержится 9,045 г хлорида натрия. Определите
молярную концентрацию данного раствора и массовую долю хлорида
натрия в нём. Почему этот раствор называется физиологическим и где
его используют?
в) пищевой уксус представляет собой 9%ный раствор уксусной
кислоты в воде. Какую массу эссенции (водный раствор уксусной
кислоты с массовой долей уксусной кислоты – 0,7) и какой объём
воды нужно взять, чтобы приготовить 500 г уксуса? Где применяется
уксус?
г) растворимость поваренной соли при 250С равна 36 г соли в 100 мл
воды. Определите массовую долю соли в насыщенном при 250С растворе.
Что произойдёт с раствором, если оставить его в открытом сосуде на сутки?
Если вынести на мороз?
60. Напишите уравнения реакций, соответствующие схеме:
200
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Назовите все вещества и укажите условия осуществления данных
реакций.
Дополнительные задания:
1*.Определите формулу кристаллогидрата хлорида бария, если известно, что при прокаливании 36,3 г соли потеря в массе составляет 5,4
г. (BaCl2*2H2O).
2*. При взаимодействии 6,85 г металла с водой выделилось 11,2 л (н.
у.) водорода. Определите металл. (Ва).
Тема: «Химические реакции».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин.
I. 1) теплота полного сгорания алмаза равна 395,3 кДж/моль, а тепловой эффект полного сгорания графита составляет 393,4 кДж/моль.
Определите тепловой эффект превращения графита в алмаз. Сделайте
вывод об устойчивости этих веществ.
2) тепловой эффект образования водяного пара составляет 242 кДж/
моль. Определите тепловой эффект реакции взрыва 8,4 л гремучего газа
(н. у.).
II. 1) расположите вещества в порядке увеличения их энтропии при
стандартных условиях:
а) вода; б) сталь; в) йод; г) ртуть; д) воздух; е) алмаз; ж) углекислый
газ.
2) определите знак изменения энтропии в следующих процессах:
а) испарение воды; б) синтез аммиака; в) горение угля; г) сублимация
йода; д) разложение карбоната кальция; е) взаимодействие сероводорода с
сернистым газом; ж) разложение воды электротоком.
III. Определите знаки изменения теплового эффекта, энтропии и принципиальную возможность самопроизвольной реакции.
1) горение серы в кислороде.
2) разложение угарного газа на углерод и кислород.
IV. 1) при проведении синтеза аммиака скорость реакции, измеренная
по накоплению аммиака за определённый промежуток времени оказалась
равной 3х105 моль/л х с. Чему равна скорость расходования водорода и азота
за этот промежуток времени? (N2 – 1,5х10*5 моль/л х с)
2) некоторая реакция при повышении температуры на 200С ускорилась в 9 раз. Как изменится скорость этой реакции, если понизить
температуру на 500С.
V. Как повлияет изменение давления и температуры на равновесное
состояние следующих реакций:
1) разложение бромоводорода с образованием парообразного брома,
если тепловой эффект процесса составляет ( 36,25 кДж/моль);
201
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2) окисление хлороводорода кислородом с образованием водяного пара и
хлора, если тепловой эффект процесса составляет 28,625 кДж/моль.
VI. Дополнительные задания:
1) в результате взаимодействия 1 моль водорода и 1 моль йода при Т
= 4500С равновесная смесь содержит 1,56 моль йодоводорода. Вычислите
константу равновесия процесса при этой температуре.
2) при 3000С и 300 атм. значение Кс процесса синтеза аммиака равно
2
9 л /моль2, а равновесные концентрации аммиака и водорода равны 1,4
моль/л и 0,9 моль/л соответственно. Определите исходные концентрации
веществ.
3) исходная концентрация фосгена COCl2 составляет 4 моль; когда 50%
вещества под действием у/ф света разложилось, установилось химическое
равновесие. Каким образом к этому моменту изменилось давление в реакторе.
Тема: «Растворы. Теория электролитической диссоциации».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин.
I. Напишите уравнения диссоциации в водном растворе следующих
веществ:
1) азотная кислота, гидроксохлорид кальция;
2) гидроксид калия, гидросульфат натрия;
3) серная кислота, сульфид аммония;
4) фосфорная кислота, тетрагидроксоцинкат натрия.
II. Расположите вещества в ряд по мере возрастания их степени диссоциации в 0,1 М водном растворе:
1) а) бромоводород, б) хлороводород, в) йодоводород;
2) а) гидроксид бария, б) гидроксид стронция, в) гидроксид кальция;
3) а) оксохлорат (I) водорода; б) оксохлорат (III) водорода,
в) оксохлорат (V) водорода, г) оксохлорат (VII) водорода;
4) а) кремниевая кислота, б) хлорная кислота, в) серная кислота,
г) фосфорная кислота.
III. Напишите молекулярные и сокращённые ионные уравнения процессов взаимодействия:
1) а) рра щелочи калия с рром серной кислоты,
б) карбоната кальция с соляной кислотой;
2) а) рра хлорида бария с рром сульфата калия,
б) гидроксида меди с рром серной кислоты;
3) а) рра нитрата серебра с рром хлорида натрия,
б) гидроксида алюминия с рром щёлочи натрия;
4) а) рра сульфида калия с соляной кислотой,
б) гидрофосфата кальция с рром азотной кислоты.
202
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
IV. Составьте по два молекулярных уравнения взаимодействия в водном
растворе:
1) силикатиона с ионом H3O+ в растворе;
2) иона железа (III) с гидроксидионом;
3) гидрокарбонатиона с ионом водорода;
4) гидрокарбонатиона с гидроксидионом.
V. Определите водородный показатель водного раствора:
1) 0,001 М щёлочи натрия;
2) 0,01 М азотной кислоты;
3) 0,1 М соляной кислоты;
4) 1 М щёлочи калия.
VI. Составьте уравнения гидролиза в ионной форме и определите кислотность водного раствора:
1) кальцинированной соды;
2) медного купороса;
3) хлорида железа (III);
4) ацетата аммония.
VII. Дополнительные задания:
а) определите водородный показатель соляной кислоты с концентрацией
хлороводорода равной 1х109 моль/л; (рН = 7).
б) определите кислотность водного раствора щелочи натрия, если
концентрация вещества в растворе составляет 1х109 моль/л. (рН =7, нейтральная среда).
Тема: «Производство неорганических веществ и их применение».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин.
I. Определите оптимальное сырьё для промышленного производства:
1) аммиака;
2) серной кислоты;
3) алюминия.
II. Составьте химическую схему производства:
1) аммиака;
2) серной кислоты;
3) алюминия.
III. Составьте уравнения химических реакций и определите условия их
осуществления, которые используются в производстве:
1) аммиака;
2) серной кислоты;
3) алюминия.
IV. 1) В ходе процесса синтеза аммиака давление в реакторе упало
на 10%. Определите состав полученной после реакции газовой смеси в
203
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
объёмных процентах, если в исходной смеси были только азот и водород
в количественном соотношении 1:3.
2) рассчитайте годовое производство 68%ного рра серной кислоты, если использовать сернистый газ печей завода, в которых ежегодно
сжигается 150 т угля с массовой долей содержания серы в нём 1,8%.
(12,159926 т)
3) массовая доля оксида алюминия в образце природного боксита составляет 49%. Какую массу алюминия можно получить из 8 т такого сырья, если
массовая доля примесей (не содержащих алюминий) в продукте составляет
1,5%. (2,0441647 т).
V. Дополнительные задания:
а) какую массу серного ангидрида надо растворить в 100 г 91%ного рра
серной кислоты, для того чтобы получить 30%ный олеум. (100 г SO3)
б) при пропускании смеси азота и аммиака (объёмные доли газов равны)
над раскаленной смесью оксида кремния (IV) и оксида железа (II) масса
последней уменьшилась на 4,8 г. Какой объём (н.у.) газовой смеси был
пропущен? (8,96 л)
Тема: «Итоговая обобщающая работа по курсу химии 9 класса».
Форма: традиционная
Время: 45 мин.
I. 1) при стандартных условиях теплота полного сгорания белого фосфора равна 760,1 кДж/моль, а теплота сгорания черного фосфора равна 721,2
кДж/моль. Чему равен тепловой эффект превращения черного фосфора в
белый при стандартных условиях?
2) при стандартных условиях теплота сгорания водорода в кислороде
равна286 кДж/моль, а теплота сгорания водорода в озоне равна 333,43
кДж/моль. Чему равен тепловой эффект образования кислорода из озона
при стандартных условиях?
II. Напишите уравнение реакции в молекулярном и сокращённом ионном виде взаимодействия:
1) раствора сульфида калия с раствором хлорида алюминия;
2) раствора карбоната натрия с раствором сульфата хрома (III).
III. Определите кислотность среды и массовую долю веществ в растворе, полученном смешиванием:
1) 100 мл 0,1 М рра щёлочи натрия и 100 мл 0,1 м рра серной кислоты (с (рров) = 1 кг/м3);
2) 100 мл 0,1 М рра хлороводорода и 100 мл 0,1 М рра щёлочи бария (с
(рров) = 1 кг/м3).
IV. Напишите уравнение реакции:
1) а) рра сульфида калия с рром перманганата калия в нейтральной
среде; б) кальция с сильно разбавленным рром азотной кислоты;
204
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2) а) серы с концентрированным раствором азотной кислоты;
б) раствора сульфита натрия с хлором в кислой среде.
V. 1) в качестве противорвотного средства применяют 0,5%ный
водный раствор вещества, содержащего: 23,762% углерода, 5,94% водорода и 70,29% хлора и имеющего плотность паров по воздуху равную
1,741379. Определите формулу этого вещества, составьте структурную
формулу и дайте название веществу в соответствии с номенклатурой
IUPAC.
2) в качестве растворителя органических веществ используют жидкость,
содержащую: 7,79221% углерода, 92,208% хлора и имеющую плотность
паров по азоту 5,5. Определите молекулярную формулу этого вещества,
составьте структурную формулу и дайте название веществу в соответствии
с номенклатурой IUPAC.
VI. 1) из карбида кальция массой 10 г получили ацетилен объёмом 3 л.
Определите объёмную долю выхода ацетилена.
2) определите объём аммиака, который можно получить, используя 1
м3 воздуха, если объёмная доля выхода аммиака составляет 30%.
VII. Дополнительные задания:
а) через избыток известковой воды пропустили смесь газов объемом 5 л (н. у.), состоящую из угарного газа, углекислого газа и азота.
При этом выпал осадок массой 5 г. Оставшуюся смесь газов пропустили над нагретым оксидом железа (III) и получили железо массой
5,6 г. Определите массовые доли газов в смеси. (31,6% СО2, 60,3% СО,
8,1% N 2)
б) после нагревания 7,95 г смеси нитратов цинка и калия образовавшиеся газы были пропущены через воду, причём 0,672 л (н. у.) газа не
поглотилось. Определите массу нитрата цинка в смеси. (1,89 г)
в) к смеси хлоридов железа (III) и алюминия массой 3,126 г прилили
избыток концентрированного раствора гидроксида калия, масса осадка
составила 1,28 г. Вычислите массовые доли хлоридов в первоначальной
смеси. (61,85% FeCl3, 38,25% Al Cl3)
Тема: «Итоговая работа за курс химии 10 класса».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин. х 2.
I. Составьте графическую формулу вещества:
а) карвон – компонент жевательной резинки и масла мяты, обусловливает запах тмина (5изопренил2метилциклогексен2он);
б) дибунол – антиоксидант (2, 6дитретбутил4метилфенол).
II. а) углеводород «А» легче воздуха, при гидрировании образует соединение «В» – тяжелее воздуха. «В» вступает в реакцию радикального
замещения с хлором, образуя легко сжижающийся газ «С», исполь205
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зуемый в медицине. Определите вещества «А», «В», «С». Напишите
соответствующие условию уравнения реакций и укажите условия их
осуществления. Каким образом используется вещество «С» в медицине? Составьте графические формулы А», «В», «С» и дайте им названия
в соответствии IUPAC;
б) составьте графическую формулу и дайте название (IUPAC) углеводороду, в молекуле которого четыре атома углерода и все они находятся в
sp-гибридном состоянии.
III. а) установите молекулярную формулу аскорбиновой кислоты, если
при сгорании 1 моль её образуется 6 моль углекислого газа и 4 моль воды, а
её молярная масса составляет 176 г/моль;
б) каротин имеет молекулярную формулу С40Н56. Сколько двойных связей образуется в молекуле каротина, если 1,072 г его реагирует в присутствии
платины с 492,8 мл водорода (н.у.).
IV. а) глицерин имеет стандартную теплоту образования из простых
веществ (666 кДж/моль). Это вещество образуется в организме в результате расщепления жиров; в результате метаболизма оно окисляется
до углекислого газа и воды. Вычислите количество энергии, которое
выделяется в результате метаболизма 10 г глицерина, если теплота
сгорания углерода составляет 394 кДж/моль, а водорода 242 кДж/моль
(ст. у.). Составьте графическую формулу глицерина и дайте название
(IUPAC);
б) для протравливания семян применяется водный раствор формальдегида. Готовят его растворением формалина массой 1 кг с массовой долей
формальдегида равной 0,4 в воде объёмом 100 л. Определите массовую долю
формальдегида в таком растворе. Составьте графическую формулу и дайте
название (IUPAC) этого вещества.
V. а) за год цех выработал 13,76 т 70% яблочной эссенции, на что
израсходовали 10,2 т изовалериановой кислоты и 8,8 т изоамилового
спирта. Определите массовую долю выхода эссенции. Составьте графические формулы и названия (IUPAC) всех веществ. Укажите условия
прохождения процесса;
б) какой объём кислорода выделится в атмосферу, если известно, что в
процессе фотосинтеза растения планеты ассимилируют ежегодно углекислый газ массой 200 млрд. т?
VI. Составьте уравнения реакций, укажите условия проведения и дайте
названия (IUPAC) веществам согласно схеме:
а) метан ацетилен уксусный альдегид уксусная кислота хлоруксусная кислота глицин;
б) пропан хлористый пропил пропиловый спирт пропионовый
альдегид 2хлорпропановая кислота аланин.
206
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема: «Основы химической энергетики и закономерности химических
реакций». «Химические реакции».
Форма: традиционная.
Время: 2 х 45 мин.
I.Рассчитайте количество энергии, затраченное на разложение 1 кг
карбоната кальция. Определите объём метана (н. у.), который необходимо
для этого сжечь, если считать, что вся энергия горения расходуется на
разложение карбоната кальция. При решении используйте справочную
литературу. (1789 кДж; 45 л)
II. Определите возможность самопроизвольного окисления оксида
азота (II) кислородом при 00С; 5500С. Для решения используйте справочные таблицы. (∆G0273 = 37,37 кДж/моль – возможен, ∆G0823 = 2,78
кДж/моль – невозможен)
III. При проведении синтеза аммиака скорость процесса, измеренная
по накоплению аммиака за определённый промежуток времени, оказалась равной 3х105 моль/лхс. Чему равна скорость расхода водорода и
азота за данный промежуток времени? (водород – 4,5 х 10 –5 моль/ лхс;
азот – 1,5 х 10 –5 моль/лхс)
IV. При 280С некоторый химический процесс заканчивается за 3 мин.,
а при 120С за 16 мин. Определите время прохождения данного процесса
при 100С (Еа= 74,619 кДж/моль, τ =20 мин.)
V. Установлено, что равновесная смесь объёмом 1 л содержит 0,2 моль
оксида азота (IV), 0,6 моль сернистого газа, 0,8 моль серного ангидрида и
0,3 моль оксида азота (II) в газовой фазе. Определите количество диоксида
азота, которое необходимо добавить, чтобы равновесная концентрация
монооксида азота увеличилась до 0,5 моль/л. (0,625 моль)
Тема: «Итоговая контрольная работа за курс химии средней школы».
Форма: традиционная.
Время: 45 мин. х 2.
I. а) источником солнечной энергии служит следующая последовательность реакций ядерного синтеза:
1
H + 1H 2H + β+ + ν;
2
H + 1H 3He + γ;
3
He + 3He 4He + 21H
Составьте суммарное уравнение процесса «горения» водорода
на Солнце. Определите количество выделяющейся энергии в данном
процессе ядерного синтеза из 1 г водорода. Сравните полученную
величину с энергией сгорания 1 г водорода в атмосфере кислорода.
Для решения используйте краткий химический справочник (авторов Рабинович В. А., Хавин З.Я. под ред. А.А.Потехина и А. И.
Ефи мова);
207
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
б) при взрыве водородной бомбы происходит ядерный процесс:
3
H + 2H ?n + ??
Поставьте пропущенные символы. Определите количество энергии,
которое может выделиться в ходе данного синтеза с участием 1 г трития.
Сравните полученную величину с энергией сгорания 1 г углерода. Для решения используйте краткий химический справочник (авторов Рабинович
В.А., Хавин З.Я. под ред. А. А. Потехина и А. И. Ефимова).
Для обоих вариантов: сделайте вывод об эффективности использования
ядерной энергии.
II. а) в какой из молекул выше прочность химических связей – О2
(кислород) или О3 (озон)? На основании каких известных вам данных вы
сможете сделать заключение? Приведите доказательства. Что можно сказать
о распространённости этих веществ в природе?
б) в какой из молекул выше прочность химических связей – Н2О (вода)
или Н2О2 (пероксид водорода)? На основании каких известных вам данных
вы сможете сделать заключение? Приведите доказательства. Что можно
сказать о распространённости этих веществ в природе?
Для обоих вариантов: в чём заключается сходство использования озона
и пероксида водорода в хозяйстве, на чём оно основано?
III. а) при сжигании этановой кислоты в кислороде выделилось 235,9
кДж теплоты и осталось 10 л непрореагировавшего кислорода (104,1 кПа,
400 С). Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси. При
решении используйте справочник;
б) для получения железа 48 г руды, содержащей 46,7% железа и
53,3% серы по массе, подвергли обжигу, а окалину прокалили с 18,1 г
алюминия. Какое количество энергии поглотилось или выделилось в
результате реализованных процессов? Для решения используйте справочник.
IV. а) полное растворение образца цинка в соляной кислоте при 200 С
заканчивается через 27 минут, а при 400 С время полного растворения такого же образца составляет 3 минуты. За какое время данный образец цинка
растворится при 550 С?
б) сравните, одинаково ли изменится скорость химического процесса
при нагревании от (220 С) до (110 С) или от 110 С до 220 С? Докажите своё
утверждение.
V. а) для травления радиомонтажных плат их погружают в раствор хлорида железа (III). При этом медная фольга с незащищённых
участков растворяется. Составьте уравнение проходящего процесса.
Докажите принципиальную возможность его прохождения, используя
справочник;
б) известно, что соли марганца катализируют процесс разложения
пероксида водорода. Ученик, желая сравнить действие неорганических и
208
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
биокатализаторов (ферментов), использовал для разложения пероксида
водорода перманганат калия (марганцовку) и кусочек сырого картофеля
(каталаза). По результатам эксперимента ученик сделал вывод: «Неорганические катализаторы эффективнее ферментов». Согласны ли вы с данным
выводом? Если нет, то в чём заключалась ошибка ученика, ведь процесс
с использованием перманганата калия действительно происходит более
бурно? Докажите своё решение.
VI. а) при 3000 С и 300 атм в равновесной смеси синтеза аммиака объёмом
1 л присутствовало 0,9 моль водорода, 1,4 моль аммиака и азот. Определите
количественный состав исходной смеси для синтеза аммиака, если при
данной температуре Кс процесса составляет 9 л2/моль2. Определите количественный выход продукта по объёму;
б) при пропускании постоянного тока силой 6,4 А в течение 30 минут
через расплав соединения трёхвалентного металла было получено 1,07 г
металла. Определите металл, который получают таким образом. Предположите состав сырья.
Срезовая работа для определения уровня сформированности общеучебных
умений учащихся 8 класса.
I. Различать.
Классифицируйте предлагаемые вещества согласно таблице:
а) CO2 , KNO3, N2O5, HF, Li2O, LiOH, BeO, HNO2, Be(OH)2, B(OH)3, CO,
Ca(NO2)2, KHCO3, H2O, Na2B4O7 ;
б) Al(OH)3 , P2O3, NaCl, MgOHCl, Na2O, SO2, H3PO3, Cl2O7, Mg(OH)2,
H2S, NaHSO4, CaOCl2, NaOH, Si(OH)4, HСlO2.
II. Запоминать.
Дайте тривиальные (бытовые) названия следующим веществам:
а) хлорид натрия, оксид углерода (II), оксид алюминия, оксид кремния, гидроксид кальция, карбонат кальция.
б) гидрокарбонат натрия, нитрид водорода, оксид кальция, гидроксид
натрия, оксид углерода (IV), оксид серы (IV).
III. Понимать.
Составьте графические модели молекул следующих веществ:
а) оксида серы (IV), хлорида фосфора (V), кислорода, оксида
хлора (I);
б) оксида углерода (IV), водорода, нитрида водорода, фторида
серы (IV).
209
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
IV. Применять.
Определите размер куба, который можно изготовить из 10 моль меди.
(ρ(Cu) = 8960 кг/м3)
V. Трансформировать.
В трудном положении оказались герои приключенческой повести
шотландского писателя Алистера Маклина «Ночь без конца». В поисках
спасения они потянули полярную станцию и двинулись на стареньком
тракторе в сторону материка. Полярная ночь, холод, нехватка продуктов
поставили маленькую экспедицию на грань гибели. Остановился вышедший им на помощь мощный снегоход: преступники насыпали сахар в
бочки с запасом бензина. Экипаж машины попытался очистить бензин
перегонкой, но способ оказался малопроизводительным. Помощь явно
опаздывала. И тут судьба улыбнулась полярникам. Химик нефтяной
компании предложил простой и эффективный способ очистки бензина
от сахара. Совет был передан на снегоход по радио, и помощь подоспела
вовремя.
Как вы думаете, что предложил химик? Проверьте свои идеи экспериментально. Учтите, что сахар не растворяется в бензине, а присутствует
в нём в виде взвеси, полная же очистка бензина отстаиванием или фильтрованием малоэффективна и требует много времени.
Срезовая работа для определения уровня сформированности общеучебных
умений учащихся 11<го класса.
I. Различать.
Из предложенных символов выберите те, которые имеют отношение к
уравнению химического процесса:
а) log, H0, П, n, v, G0, sin, !, Q;
б) cos, ?, S0, T, 0, lim, hv, , ⇒.
I. Запоминать.
Приведите значения констант:
а) газовая постоянная, число Авогадро, молярный объём газов (н.у.),
температура конденсации водяного пара (р=101325 Па), максимальная
плотность воды;
б) постоянная Фарадея, скорость света в вакууме, атомная единица
массы, масса покоя нейтрона, температура плавления воды, абсолютный
нуль температуры по шкале Цельсия.
II. Понимать.
а) в природе существует три изотопа кислорода – 16О 17О 18О. Объясните, почему атомная масса элемента кислорода составляет 15,9994
а. е.м.;
б) в природе существует два изотопа гелия – 3Не и 4Не. Объясните,
почему атомная масса элемента гелия равна 4,0026 а. е. м.
210
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
IV. Применять.
Определите объём природного газа, содержащий 95% метана и 5%
негорючих примесей, который необходимо сжечь, чтобы разложить 100 г
карбоната кальция.
V. Трансформировать.
Содержание радиоактивного изотопа 14С в останках мамонта определяется 1 распадом в минуту. 14С – выделенный из живого организма, показывает
16 распадов в минуту. Период полураспада 14С равен 5570 лет. Определите
время гибели мамонта. (22280 лет назад)
Творческие работы
1. На основании выданных образцов веществ, житейского опыта
и знаний, полученных на уроках физики и химии, классифицируйте
предложенные вещества: железо, медь, сера, алюминий, фосфор, графит,
олово, уголь. Что вы приняли за основу классификации? Какие выводы
сделали? Можно ли распространить предложенную вами классификацию
на все простые вещества?
2. Творческая домашняя работа по написанию сочинения на тему
«Жизнь без топлива» с примерным планом:
1) Как изменилась бы ваша жизнь в таком мире?
2) К чему было бы вам труднее всего привыкнуть?
3) К чему было бы вам легче всего привыкнуть? Почему?
4) Что вы могли бы предложить во избежание такой ситуации?
Учащиеся могут пользоваться своим индивидуальным планом.
Жизнь без топлива и энергоресурсы 21 века.
Сочинение по химии
Островской Елены. 8 «б»
Топливо… Очень немногие задумываются над значением этого
слова. Я провела небольшой опрос, задавая людям один и тот же
вопрос:
«Что произойдет, если топливо на нашей планете закончится?
Возможно ли это?» Большинство людей ответили, что они никогда
не думали об этом, что это их не волнует. Многие сказали, что такое
невозможно, что топливо будет всегда. Некоторые надеются на то, что
в будущем ученые изобретут чтонибудь. И лишь несколько человек
понастоящему заинтересовались этим вопросом. Вот как в общих чертах они представили себе жизнь без топлива: «Сначала в несколько раз
возросли цены на бензин, резко поднялась стоимость за электроэнергию
и отопление, горячую воду стали подавать лишь на несколько часов в
день. Вскоре машины превратились в металлолом, который в огромном
количестве лежал на свалках. Из транспорта остался лишь велосипед.
211
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В этом, конечно, есть свои плюсы: воздух стал чище, на улицах стало
намного спокойнее и безопаснее.
Недостатки такого положения особенно сильно стали видны зимой.
Заходя с улицы в квартиру, никто не раздевался и даже не разувался, так
как дома было не теплее, чем на улице. Батареи совсем сняли, потому
что они поглощали тепло, которое и так имелось в очень недостаточном
количестве. Деревья и деревянные сооружения постепенно исчезли
(их использовали в качестве топлива). Жители Крайнего Севера стали
переселяться на юг, где теплее. Южные части материков оказались перенаселенными, тогда как на Севере пустовали огромные территории.
Изза перенаселения начались эпидемии различных болезней. Люди
стали умирать сотнями и даже тысячами.
В качестве источника света давно уже используются свечи, но так как
их не хватает, то люди рано ложатся спать. Самое старшее поколение еще
помнит о том, что когдато существовали телевизоры и магнитофоны, что
дома и улицы по ночам освещались яркими лампами, а на стенах висели
батареи и обогреватели. Малышам же это рассказывали как красивую и
интересную сказку.
Да, жизнь без топлива была бы ужасна. Большая часть населения
планеты просто вымерла бы. В живых остались бы лишь некоторые дикие
племена южных материков. Люди же, изнеженные цивилизацией, вряд ли
смогли бы приспособиться к таким условиям. Но неужели перспективы
на будущее настолько мрачны. Да, природные богатства исчерпаемы, но
ведь существует неисчерпаемая энергия Солнца. Уже сейчас созданы солнечные батареи, осуществляющие прямое превращение солнечного света
в электричество, топливные элементы, непосредственно превращающие
в электричество химическую энергию. Но это очень дорогие способы,
требующие больших материальных затрат. Остается лишь надеяться, что
в дальнейшем будут найдены более дешевые и эффективные устройства
для добычи электроэнергии.
Кроме того, электричество можно получать не только за счет сжигания топлива, но и другими способами, например, на атомных и гидроэлектростанциях. Используется также геотермальная энергия и энергия,
выделяющаяся при сжигании мусора.
Все же в основном сегодня расходуются невозобновляемые полезные
ископаемые: уголь, нефть, природный газ. Чем же можно будет заменить
эти полезные ископаемые, в особенности нефть? Вопервых, открытие
новых месторождений. Это может смягчить остроту вопроса. Например,
все более обычным становится использование морских месторождений. Кроме того, многообещающей выглядит добыча твердой нефти из
нефтеносных пород и песков. Другая возможная альтернатива нефти
– получение жидкого топлива из угля. К сожалению, эти источники
212
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
очень дороги, но со временем, по мере исчезновения нефти, положение
может измениться. Предлагается также вариант «нефтяных плантаций».
Существует более 2 000 видов растений семейства молочаев, способных
поглощать солнечную энергию и сохранять ее в виде углеводородов, а не
углеводов. Но можно ли использовать это для получения конкурентоспособных заменителей нефти, станет известно со временем.
Мы видим, что у человечества есть перспективы для решения вопросов, касающихся топлива и энергоресурсов, но будут ли использованы
эти перспективы в полной мере, покажет будущее.
Жизнь без топлива.
Сочинение по химии.
Вепревой Светланы. 8 «б»
Настал давно энергетики век,
И это знает человек.
Куда ни повернешь главу свою,
Ни обратишь мельком свой взор,
Увидишь ты: всю жизнь твою
Окутал энергии хор.
А если задать простой вопрос?
А если порвется энергии трос?
Хотя солнце, ветер и вода
Будут давать энергию всегда.
Нам ее будет мало. И тогда
Без топлива встанут в ряд поезда,
И будет только на велосипедах езда.
Не сходить ни в музей, ни в театр – никуда;
Не послушать, не посмотреть – скукота!
Энергия пойдет только в дома и на предприятия,
У которых важные для человека занятия.
И получаем, что все топливо пойдет
На изменение температуры, где человек живет,
И на совершение работы,
Чтоб жить хоть без какойто заботы.
Вряд ли обойдется без роста цен,
И это прибавит государству проблем.
Начнется общая суета,
Все будут разбегаться кто куда;
То есть хаотичность в обществе возрастет,
А число людей вряд ли упадет.
Чтобы такого не случилось никогда,
Не беги ты никуда.
213
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Запомни наказание, человек:
Чтобы прожить будущий век
Без проблем и забот,
Энергии веди строгий расчет.
Жизнь без топлива и энергоресурсы 21 века.
Сочинение по химии.
Матушкин Алексей. 8 «б»
«Берестяная газета России». 2050 год
Человечество, неразумно пользовавшееся топливом и энергоресурсами в 20 веке, во время технического прогресса, теперь жалеет об
этом. Все топливные ресурсы исчерпаны. И хотя экологическая ситуация в целом улучшилась, люди голодают. Остается надежда только на
величайших ученых современности, которые упорно трудятся над решением сложившейся ситуации, над созданием принципиально новых
видов топлива. Иначе человечество вымрет. Но пока жизнь планеты
середины 21 века представляет эпоху Средневековья. Тогда без машин
даже можно было добывать хоть какоето сырье, где полезные ископаемые были недалеко от поверхности. Сейчас же их нет нигде. Без
топлива остановилась жизнь крупнейших мегаполисов мира: Лондона,
НьюЙорка, Токио, Москвы… Нигде не функционирует транспорт и
приходится возвращаться к лошади. Многие работы, выполняемые
раньше с помощью машин, приходится делать своими руками. Выполняя большие работы, люди теряют больше энергии, но чтобы возместить ее потери, людям требуется больше питаться богатой калорийной
пищей. Но изза отсутствия топлива не работает с\х техника, поэтому
обрабатывать землю приходится вручную, земля не удобряется, все
с\х мероприятия приходится проводить своими руками. Урожаи изза
этого очень резко снизились и качество продукции ухудшилось. В связи
с этим человечество не получает необходимого количества энергии,
возникают новые болезни, с которыми люди уже не в силах бороться.
Резко возросла смертность, и если ничего не изменится, то не пройдет
и 10 лет, прежде чем человечество перестанет существовать. Но все же
будем надеяться на лучшее.
Высококалорийной вам пищи!
До встречи в следующем номере!
Жизнь без топлива.
Сочинение по химии.
Заречнева Наташа. Рубцова Аня. 8 «б»
В нашей жизни топливо играет большую роль. Какой же была бы
наша жизнь, если бы не было топлива?
214
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вопервых, уменьшилось бы количество энергии и электричества.
Транспорта бы не было, так как все автомобили, поезда, самолеты заправляются топливом. Троллейбусов было бы очень мало, так как чтобы
троллейбус двигался, необходимо электричество. Во всех домах было
бы мало света, тепла и даже воды, так как воду качают насосом, а насос
работает на электрической энергии.
Вовторых, люди не смогли бы передвигаться на большие расстояния,
так как приходилось бы ходить пешком или ездить на велосипеде. Убирали
бы хлеб вручную серпом и косой.
Втретьих, не было бы никакой техники (радио, телевизоров, телефонов
и др.) и жизнь была бы очень скучной.
В общем, если бы у нас не было электричества, то мы бы вернулись в
далекоедалекое прошлое.
«Сказка о прошлом»
Давнымдавно, когда только начинала развиваться техника, люди
так увлеклись новым оборудованием, что совершенно забыли про экономию электроэнергии. И однажды девушка Энергия и ее брат Электричество пришли к людям и стали упрекать их. Они жаловались на то,
что люди перестали ценить их труды. Но люди не обратили внимание
на их просьбу.
Тогда Энергия и Электричество решили оставить людей, уйдя далеко,
за высокие горы.
Сразу после этого пропало все электричество. Техника, которую
приобрели люди, стала бесполезной. Пропали свет и тепло. Люди стали
ходить пешком, так как никакой транспорт не мог тронуться с места. И
только тогда люди оценили, как важны Энергия и Электричество. Тогда,
собравшись вместе, они отправились на поиски сбежавших. Долго они
бродили по лесам и горам, много ночей не спали и наконец они увидели
тех, кого искали. Энергия и Электричество сидели на берегу реки. Им
было очень грустно и одиноко. Люди подошли к ним и стали просить прощения. Увидя сожаление людей, Энергия сказала Электричеству: «Мой
брат, я вижу, как мы необходимы. Давай же вернемся». Но Электричество
сказал: «Нет, дорогая сестрица. Люди не ценят нас. Когда мы вернемся,
они снова начнут использовать нас». Но Энергии было очень жалко людей. Она уговаривала брата, но он никак не соглашался. Тогда Энергия
ушла с людьми, а Электричество остался один. Но, прожив несколько
дней в одиночестве, он понял, что без своей сестры он не существует. И
он решил вернуться. Все очень обрадовались его возвращению, особенно Энергия. И с тех пор люди стали экономно использовать энергию и
электричество, а в наши дни даже сделали специальные счетчики, чтобы
Энергия и Электричество не перегружались.
215
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Жизнь без топлива и энергоресурсы 21 века.
Сочинение по химии.
Кормщиковой Анастасии. 8 «б»
Чтобы представить себе жизнь без топлива, я решила прежде всего
спросить мнения на счет этого у своих родителей и у бабушки.
Мама:
Я думаю, что жизнь без топлива и энергии невозможна. Человечество
исчезнет (вымерзнет). Останутся лишь нецивилизованные племена в субтропиках. Цивилизация окажется отброшенной в каменный век.
Папа:
В таких условиях можно использовать гравитацию (самый простой
способ – это использование планеров). Также можно использовать
магнитное поле Земли, применяя магниты с изменяемой плотностью.
Сейчас известны поезда на магнитной подушке, но пока человечество
не сумело приспособить магнитное поле Земли. Использование солнечной энергии. Оно может выражаться в том же транспорте. Известно
несколько видов транспорта с использованием солнечных батарей. Это
экологически чистый вид транспорта. К сожалению, они пока очень
примитивные, громоздкие. Известна выработка энергии, основанная
на разности температур слоев Мирового океана.
Бабушка:
Я считаю, что топливо не нужно. И без него жизнь будет прекрасна. Будет потепление, ледники растают, а топливо совсем не
понадобится.
Это всего лишь предположения моих родных. Я считаю маловероятным, что топливо и энергоресурсы полностью исчезнут. Ведь ученые
создают все новые и новые виды топлива, правда, пока не выяснили,
как их рационально использовать, ведь они очень дороги (напр., водород – для разложения воды не могут подобрать катализатор, который
удешевляет реакцию).
Но наших мнений недостаточно для подведения итогов.
Перенесемся же во времена Гельмгольца, строго сформулировавшего
1 начало термодинамики, и попытаемся установить связь 1 н.т. с жизнью
без топлива и энергоресурсов.
Гельмгольц:
1 начало термодинамики – закон сохранения энергии в применении
к процессам, в которых происходит передача теплоты, однозначность
внутренней энергии определяется тем, что ее изменение определяется
лишь значениями внутренней энергии в начальном и конечном состоянии.
1 начало термодинамики утверждает, что если система совершает
термодинамический цикл (то есть возвращается в конечном счете в ис216
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ходное состояние), то полное количество теплоты, сообщенное системе
на протяжении цикла, равно совершенной ею работе.
Из энциклопедии мы узнаем, что приведенная выше формулировка
1 начала равнозначна утверждению о невозможности вечного двигателя
1го рода. Но что же такое «вечный двигатель»? Обратимся с этим вопросом к Парижской Академии Наук.
Парижская А. Н.:
Вечный двигатель (лат. perpetuum mobile ) – воображаемый двигатель,
который, будучи раз пущен в ход, совершал бы раздельно работу неограниченно долгое время, не заимствуя энергию извне. Идея вечного двигателя противоречит закону сохранения и превращения энергии и неосуществима. Первые проекты механического вечного двигателя относятся к
13 веку. К концу 18 века вследствие бесплодности многовековых попыток
создания вечного двигателя мы (Парижская А. Н.) перестали рассматривать эти проекты. Наряду с вечным двигателем 1 рода рассмотрим и
вечный двигатель 2 рода – воображаемую периодически действующую
машину, которая целиком превращала бы в работу теплоту, извлекаемую
из окружающих тел (океана, атмосферы, воздуха и т. д.).
При этом должна уменьшаться суммарная энтропия среды и вечного
двигателя, что противоречит 2 началу термодинамики.
Теперь на основе услышанного и изученного попытаемся сделать вывод:
Без топлива и энергоресурсов, без привнесения теплоты извне, без совершения какойлибо работы над системой извне изменение внутренней
энергии в системе невозможно.
Жизнь человеческой цивилизации тесно связана с добычей и совершенствованием источников энергии, тем богаче и цивилизованнее жизнь.
Ведь вся история цивилизации – это история борьбы за территории, за
источники энергоресурсов и топлива.
3. Пуская кровь заболевшему матросу, корабельный врач Юлиус Роберт Майер обратил внимание на необычно алый цвет венозной крови.
Его наблюдения показали, что в жарких странах венозная кровь гораздо
светлее, чем в северных. Как этот факт помог Майеру в открытии закона
сохранения и превращения энергии?
4. То, что азотная кислота сильная, а уксусная кислота слабая, знает
любой старшеклассник. Однако, как только речь заходит о кислоте, не
входящей в число наиболее распространенных (например, об азидоводородной), затруднения с ответом может испытать не только юный
химик.
В 1976 г. московский школьник Виктор Сажин предложил простой
метод определения силы кислот. Его суть заключалась в следующем. К
217
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раствору метилоранжа добавляется несколько капель сильной кислоты
(например, соляной) – так, чтобы он приобрёл цвет промежуточный
между оранжевым и красным. Полученный раствор делится на две части.
Одна из них оставляется для контроля; в другую постепенно вводится
сухая хорошо растворимая (натриевая или калиевая) соль исследуемой
кислоты. Цвет полученного и контрольного растворов сравнивается.
Введение солей сильных кислот не приводит к изменению цвета раствора.
При добавлении солей слабых кислот раствор становится оранжевым.
Опробуйте предложенный метод на опыте и разберитесь в его сущности [108].
5. Многие шампуни изготавливают на основе производных лауринового спирта CH3(CH2)10CH2OH. Это вещество стало основным сырьём
для производства современных средств гигиенической косметики (шампуней, зубных паст) не случайно. Известно, что самым лучшим мылом
является мыло, приготовленное из кокосового масла, это масло на 52%
состоит из триглицеридов лауриловой кислоты CH3(CH2)10COOH. Присутствие группировки CH3(CH2)10 в составе моющих средств обеспечивает
хорошее пенообразование. Особенно широко используют натриевую
соль лаурилсульфоновой кислоты – лаурилсульфоната натрия формулы CH3(CH2)10CH2OSO3Na, который получают из лауринового спирта и
серной кислоты с последующей нейтрализацией щелочью натрия:
CH3(CH2)10CH2OH + H2SO4 CH3(CH2)10CH2OSO3H + H 2O
CH3(CH2)10CH2OSO3H + NaOH CH3(CH2)10CH2OSO3Na + H2O
Часто используют и хлорид лаурилтриметиламмония [CH3(CH2)10C
H2N(CH3)3]Cl.
Основное преимущество этих соединений заключается в том, что моющие средства на их основе можно использовать в жёсткой воде. И хотя оба
соединения являются производными лауринового спирта, механизмы их
действия в жёсткой воде различны. Попробуйте объяснить это различие.
Если вы занимаетесь оптовыми поставками парфюмернокосметической продукции в регион, где большие трудности с пресной водой и
для бытовых целей часто приходится пользоваться морской водой, какой
шампунь вы будете закупать для реализации в этом регионе: изготовленный
на основе лаурилтриметиламмония или лаурилсульфоната натрия – при
условии, что цена их одинакова? [123].
6. Известно, что избыточное потребление сладостей способствует развитию кариеса. Как это можно объяснить? Предложите способ защиты зубов,
позволяющий сладкоежкам не ограничивать себя в лакомстве.
7. Иллюстрация энергоцикла в природе (см. рис. 3.1.8).
8. С некоторых пор под влиянием нашей действительности газета «Известия» ввела новую рубрику – «Курсы для простаков». Одна из заметок
– «Обручальные гайки» – поучительна с химической точки зрения. Автор
218
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Круговорот энергии в природе
Козельчук Ж., Бахматова Ж. 11 «а»
Окружающая среда
Есолнца=10,5*1020кДж\год
42% отражается в мировое пространство
58% поглощается атмосферой и почвой
Человек
Синтез АДФ
C6H12O6 + 2AДФ + 2Н3РО4 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О (гликолиз)
Е = 200 кДж/моль 40% (АТФ) Q = 60%
2С3Н6О3 + 6О2 + 36АДФ + 36Н3РО4 36АТФ + 6СО2 + 41Н2О
Е = 2600 кДж\моль 55% АТФ Q = 45%
Животный мир (фауна) Млекопитающие, птицы, рыбы, пресмыкающиеся
Растительный мир (флора)
Природные ресурсы (нефть, газ, уголь)
Вывод: энергия не исчезает,
энергетические переходы связаны с увеличением энтропии системы
(2 начало термодинамики)
Рис. 3.1.8. Результат выполнения творческой работы
219
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пишет: «Кольца из бериллиевой бронзы – точные копии золотых. Они не
отличаются от последних ни по цвету, ни по весу и, подвешенные на нитку,
при ударе о стекло издают характерный мелодичный звук. Короче говоря,
подделку не обнаружишь ни на глаз, ни на слух, ни на зуб [108]». Предложите
способы, с помощью которых можно отличить подделку. Обоснуйте их.
9. Молодая учительница химии обратилась за консультацией:
– Не пойму, в чем дело. Использовала прибор для опытов с электрическим током, чтобы показать разложение воды. Кислород выделяется, а
водород – нет. Между тем всё делаю по инструкции. В ней указано, что при
выполнении опыта можно использовать растворы нитрата калия, карбоната
калия или едкого калия.
– Помните ли, какой из электролитов вы использовали в последний раз?
– Конечно, помню…
– Ну так именно егото как раз брать нельзя!
Какой же электролит оказался «третьим лишним?» [108]
Проведите электролиз растворов этих электролитов и выявите ошибку
в инструкции. Дайте объяснение наблюдаемому явлению.
10. Напишите научную статью по проблемам фиксации атмосферного азота.
11. После изучения темы «Химия и жизнь» исследуйте свой пищевой
рацион в течение недели и на основании полученных данных предложите
свой оптимальный вариант сбалансированного питания.
Использованная и рекомендуемая литература
1. Ахметов, Н.С. Лабораторные и семинарские занятия по неорганической
химии [текст]: Учебное пособие для вузов /Под ред. проф. Ахметова Н.С./ Н.С.
Ахметов, М.К. Азизова, Л.И. Бадыгина. – М.: Высшая школа, 1979. – 255 с.
2. Будруджак, П. Задачи по химии [текст]: Пер. с румынск./ П. Будруджак.– М.: Мир, 1989. – 343 с.
3. Глинка, Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии [текст]: Учебное
пособие для вузов /Под ред. В.А. Рабиновича и Х.М. Рубиной/ Н.Л.Глинка.
– 21-е изд., стереотипное. – Л.: Химия, 1981. – 280 с.
4. Головнер, В.Н. Наш подход к изучению энергетики химических реакций [текст]/ В.Н. Головнер//Химия в школе,1990. № 5 – С. 2527.
5. Зайцев, О.С. Задачи и вопросы по химии [текст]: Учебное пособие для
вузов / О.С. Зайцев. – М.: Химия, 1985. – 304 с.
6. Квапневский, З. Польские химические олимпиады [текст]: Пер. с польск.
П.Г. Буяновской, Т.А. Золотареврй, А.Ю. Савиной/ Под ред. С.С. Чуранова./З.
Квапневский, Т. Шаршаневич, М. Гонет и др. – М.: Мир, 1980. – 533 с.
7. Климов, И.И., Сборник вопросов и задач по физической и коллоидной
химии [текст]: Учебное пособие для студентов-заочников III курса биол. фак.
220
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
пед. ин-тов/ И.И. Климов, А.И. Филько. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.:
Просвещение, 1983. – 176 с.
8. Леенсон, И.А. Почему и как идут химические реакции [текст]/ И.А.
Леенсон. – М.: Мирос, 1995. – 176 с.
9. Лямин, А.Н. Основы термодинамики и кинетики в курсе изучения
химии в средней школе [текст]: Пособие для учителей/ А.Н. Лямин. – Киров:
Изд-во ВГПУ, 2000. – 172 с.
10. Романцева, Л.М. Сборник задач и упражнений по общей химии [текст]:
Учеб. пособие для нехим. спец. вузов/ Л.М. Романцева, З.Л. Лещинская, В.А.
Суханова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1991. – 288 с.
11. Семенов, И.Н. Задачи по химии повышенной трудности (для
абитуриентов) [текст]: В 4х выпусках./ И.Н. Семенов – Л.: Издательство
Ленинградского университета, 1991.
12. Сорокин, В.В. Задачи химических олимпиад [текст]/ Под ред. Е.М.
Соколовской./ В.В. Сорокин, Загорский В.В., Свитанько И.В.– М.: Издво
МГУ, 1989. – 256 с.
13. Шишкин, Е.А. Обучение учащихся решению химических задач
[текст]: Учебно-методическое пособие для студентов химических специальностей педвузов/ Е.А. Шишкин. – Киров: Изд-во ВГПУ, 2001. – 117 с.
3.2. Программы элективных вариативных курсов
«Радость видеть и понимать есть самый
прекрасный дар природы».
А. Эйнштейн.
В соответствии с распоряжением Правительства РФ от 29.12.2001 №
1756р об одобрении концепции модернизации российского образования
на период до 2010 г. на старшей ступени общеобразовательной школы предусматривается профильное обучение, основной задачей которого является
создание ступени специализированной подготовки учащихся старших
классов, ориентированной на индивидуализацию обучения и социализацию
обучаемых, в т. ч. с учетом реальных потребностей рынка труда.., отработки
гибкой системы профилей и кооперации старшей ступени школы с учреждениями начального, среднего, высшего профессионального образования.
Для этого, по мнению авторов реформы, в содержании образования центральное место должны занять коммуникативные дисциплины: иностранные
языки, межкультурное обучение, информатика. Естественные науки, к сожалению, отодвинуты на второй план. Тем не менее известно, что в 2000 г. комиссия
под председательством первого американского астронавта Гленна выработала
документ под названием «Пока еще не слишком поздно». Главной идеей документа является мысль о том, что страна, которая хочет адекватно отвечать
требованиям времени, должна в первую очередь опираться на естественнонаучное и математическое образование, иначе у этой страны нет будущего.
221
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, в базовых учебных планах резко сократилось количество учебных часов, отводимых на изучение естественных наук, в т.
ч. и химии, а в ряде случаев и вовсе отдельные дисциплины: «физика»,
«химия», «биология» – отсутствуют, но есть «естествознание» – учебный
предмет, который трактуется так: «Предлагаемый интегрированный учебный предмет «Естествознание» не является суммой знаний по физике,
биологии, химии. Он призван решать задачу формирования целостной
естественнонаучной картины мира и ознакомления учащихся с методами
познания, характерными для естественных наук…[138]».
В данных условиях одним из наиболее оптимальных средств достижения
целей естественнонаучного образования, в т. ч. и химического, является
система элективных интегративных курсов.
3.2.1. Программа элективного интегративного курса:
«Введение в курс органической химии»
Пояснительная записка
Представленный программой элективный интегративный курс предназначен для реализации в системе среднего общего (профильного) образования. Наиболее актуальной представляется возможность использования
предлагаемого курса в контексте предпрофильной подготовки обучаемых
(9 кл.).
Ведущая идея курса: создание интегративной фундаментальной базы,
обеспечивающей оптимальные условия для получения дальнейшего естественнонаучного и, в частности, химического образования, его качества и
мотивации учения школьников.
Главная дидактическая цель курса: профилизация обучаемых по
естественнонаучному направлению посредством создания оптимальных условий для качественного усвоения ими учебного материала по
органической химии в рамках интеграции основных законов, теорий,
прикладного значения, роли и места ее в развитии биогеосистем и естествознании в целом, развития у школьников мотивов учения и получения
естественнонаучного образования.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
формировать и развивать у учащихся системные знания основ органической химии посредством: внутри и межпредметной интеграции
знаний и умений школьников; синтеза форм, методов и средств организации учебного процесса;
развивать интегрированные (обобщенные) умения школьников по
применению полученных знаний при решении различных проблем;
показывать органическую химию как относительно молодую и перспективную науку, играющую доминирующую роль в решении глобальных
222
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
проблем, стоящих перед человечеством, путем раскрытия исторического
аспекта становления и развития ее как науки и перспективных связей с
другими областями знаний;
формировать у обучаемых экологическую культуру, диалектикологическое интегральное мышление;
развивать гуманистические черты и творческие задатки школьников;
воспитывать положительноэмоциональное отношение к учению через
показ красоты процесса познания как ценности для каждого человека.
Темы курса:
Предмет органической химии в историческом аспекте.
Теория химического строения органических соединений.
Особенности строения и свойств органических соединений.
Методы изучения органических веществ.
Особенности химических процессов с участием органических веществ.
Объем курса: 34 часа.
Дидактическое обеспечение курса:
Лямин, А. Н. Введение в курс органической химии средней школы
[Текст]: пособие для учителей / А. Н. Лямин. – Киров: Издво КИПК и
ПРО, 2005. – 64 с.
Тематический план курса
№
темы
Наименование темы
Количество
учебных часов
1.
2.
Предмет органической химии в историческом аспекте
Теория химического строения
органических соединений
Особенности строения и свойств органических
соединений
Методы изучения органических веществ
Особенности химических процессов
с участием органических веществ
4
3.
4.
5.
Всего
6
12
4
8
34
Спецификация учебных элементов
Тема 1. Предмет органической химии в историческом аспекте.
Цель изучения темы: рассмотрение важнейших исторических вех становления и развития органической химии как самостоятельной науки;
ознакомление школьников с предметом изучения органической химии,
ее целями, задачами, перспективами на современном этапе; развитие
диалектикологического интегрального мышления учащихся методами
сравнения, обобщения, индукции, дедукции, интуиции и др.; актуали223
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
зация гуманитарной составляющей естественнонаучного образования
школьников посредством использования методов гуманитарных наук
(мысленный эксперимент, идеализации, критерий красоты и др.).
Рассматриваемые вопросы: исторические сведения о зарождении
органической химии (Я. И. Берцелиус). Виталистические воззрения
и первые органические лабораторные синтезы (Ф. Вёлер, Г. Кольбе,
М. Бертло и др.). Атомномолекулярное учение и явление изомерии
(Ю. Либих). Электрохимическая теория строения (Я. Й. Берцелиус).
Теория радикалов (Ю. Либих, Ф. Вёлер). Теория типов (О. Лоран, Ш.
Жерар). Учение о валентности (Э. Франкланд, А. Кекуле). Графические
формулы органических соединений (А. Купер). Предпосылки создания единой теории строения (1860 г., г. Карлсруэ, Германия). Теория
строения органических соединений А. М. Бутлерова. Современная
органическая химия (наука, дисциплина, предмет, цели, задачи и перспективы развития).
Основные термины и понятия: органическая химия; организм; витализм;
эмпирический, аналитический, структурный и современный этапы развития органической химии; радикал; изомерия; валентность; графическая
формула и структурная модель; органический синтез; биоорганическая
химия; метаболизм; анаболизм; катаболизм; биополимеры; биорегуляторы;
процессы in vivo и in vitro.
Демонстрации: таблицы, кодослайды, шаростержневые модели.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения основных понятий (см. выше);
– исторические даты и уравнения первых органических синтезов;
– этапы исторического развития органической химии и фамилии ученых, внесших наибольший вклад в развитие данной науки;
– наиболее значительные достижения органической химии на современном этапе и ее роль в решении глобальных проблем человечества;
– прикладное (бытовое) значение органической химии.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– классифицировать химические соединения по составу на органические и неорганические;
– писать уравнения первых органических синтезов.
Примеры упражнений:
– из ниже приведенного списка выпишите отдельно органические
и неорганические вещества: а) мочевина, б) сода, в) сероуглерод, г) углекислый газ, д) сахар, е) карбид кальция, ж) метан, з) ацетилен, и) графит, к) уксусная кислота, л) аммиак, м) этиловый спирт, н) угарный газ,
о) алмаз, п) пептиды, р) гумус, с) уголь, т) нефть;
– какие условия должен был создать Ф. Вёлер, синтезируя мочевину из
аммиака и углекислого газа (высокие температура и давление);
224
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– определите молекулярную формулу бриллиантового зеленого
(«зеленка», медицина), если при полном сгорании его количеством 0,01
моль выделяется 6,048 л углекислого газа и образуется 0,18 моль воды,
причем суммарная массовая доля входящих в его состав азота, серы и
кислорода равна 0,2562, а отношение количеств N : S : O составляет 2 : 1 : 4
(С27H36N2SO4)
Тема 2. Теория химического строения органических соединений.
Цель изучения темы: ознакомление школьников с основной теорией
органической химии – современным учением о строении органических
соединений; рассмотрение положений теории на конкретных примерах;
формирование знаний учащихся об органическом веществе с позиций
данного учения и умения использовать эти знания для решения различных
проблем; развитие интегрального мышления школьников и реализация
гуманитаризации химического образования в средней общей школе; подготовка учащихся к оптимальному усвоению учебного материала последующих тем курса.
Рассматриваемые вопросы: структурная теория А.М. Бутлерова как основа современной теории строения органических соединений. Валентные
возможности атома углерода и многообразие органических соединений.
Стереохимическое и электронное направления развития структурной
теории. Явление изомерии и ее виды (конформационная, структурная,
геометрическая, стерео, таутомерия).
Основные термины и понятия: структурная теория А.М. Бутлерова и ее
положения; валентные возможности атома; гибридизация атомных орбиталей; геометрия молекулы; энергия связи; виды изомерии; таутомерия;
стереохимия.
Демонстрации: кодослайды, таблицы, шаростержневые модели.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения понятий (валентные возможности атома, гибридизация атомных орбиталей, структура соединения и структурная изомерия
(главная цепь, заместитель, функциональная группа, цикл, разветвление),
пространственная структура и изомерия (геометрическая, хиральность,
стереоизомерия), конформации (скошенная, заслоненная, заторможенная,
кресло, ванна, твист);
– причины многообразия органических соединений;
– основные положения современной теории строения органических
соединений;
– биографические сведения жизни и деятельности А.М. Бутлерова.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– писать графические формулы простейших органических соединений;
– составлять структурные модели простейших органических соединений
и их изомеров;
225
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– определять главную цепь, цикл, заместители, функциональную
группу;
– писать графические формулы структурных изомеров и определять
вид изомерии;
– определять качественный и количественный состав органических
соединений.
Примеры упражнений:
– cоставьте возможные структурные модели и напишите графические
формулы соединений состава С4Н10; С4Н8; С4Н10О, С4H9Br .
– установите молекулярную формулу аскорбиновой кислоты (витамин С), если при сгорании ее количеством 1 моль образуется 6 моль
углекислого газа и 4 моль воды, а молярная масса составляет 176 г/моль.
(С6Н8О6)
– определите качественный и количественный состав, молекулярную и
графическую формулы органического соединения, имеющего такую же плотность, как и углекислый газ (в равных условиях), а массовые доли углерода и
водорода в нем составляют 81,8% и 18,2% соответственно. (С3Н8)
Тема 3. Особенности строения и свойств органических соединений.
Цель изучения темы: акцентирование внимания школьников на
особенностях строения, номенклатуры и классификации органических
соединений; формирование у обучаемых знания логической связи строения органического соединения с его свойствами и умения их применять
при решении проблем; создание оптимальных условий для качественного
усвоения учащимися учебного материала последующих тем данного
курса и курса «Органическая химия» в целом; развитие интегрального,
диалектикологического мышления, мотивов учения школьников, направленных на дальнейшее образование и самообразование.
Рассматриваемые вопросы: классификация органических соединений
в соответствии с состоянием углеродных цепей (открытые, замкнутые),
гибридному состоянию атома углерода (наличие кратных связей), содержанием гетероатомов (O; N; Hal; S). Радикальнофункциональная и заместительная систематические номенклатуры органических соединений.
Правила номенклатуры IUPAC. Индуктивный и мезомерный электронные эффекты в молекулах органических соединений. Кислотноосновные
свойства органических соединений. Электрофильнонуклеофильные
свойства органических соединений. Типы органических реагентов.
Основные термины и понятия: классификация; номенклатура; родоначальная структура (главная цепь); префикс; суффикс; локант; локализованная и делокализованная химические связи; индукция; мезомерия;
сопряжение; кислота Аррениуса, Бренстеда, Льюиса; основание Аррениуса, Бренстеда, Льюиса; электрофил; нуклеофил; субстрат; реагент;
реакционный центр молекулы.
226
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Демонстрации: таблицы, кодослайды, шаростержневые модели.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные классы и классификацию органических соединений;
– порядок названия органического соединения в соответствии с
правилами IUPAC (номенклатурный алгоритм);
– суффиксы, префиксы основных функциональных групп, порядок
нумерации цепи, названия основных радикалов;
– действие индуктивного и мезомерного эффектов;
– влияние строения молекулы на ее кислотноосновные свойства;
– влияние строения молекулы на ее электрофильнонуклеофильные
свойства;
– типы реагентов;
– бытовые (тривиальные) названия отдельных соединений.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– по графической формуле определять класс органического соединения;
– по графической формуле давать название соединения по правилам
номенклатуры IUPAC и, наоборот, по названию составлять структурные
модели и писать графические формулы органических соединений;
– определять распределение электронной плотности в молекуле (частичные заряды) в соответствии с проявлением электронных эффектов;
– прогнозировать проявление соединением кислотноосновных
и нуклеофильноэлектрофильных свойств в зависимости от строения
молекул и условий (растворитель и др.);
– определять реакционные центры в молекуле и тип реагента.
Примеры упражнений:
– напишите графическую формулу вещества и определите его
классовую принадлежность, а) 3,7диметилоктадиен2,6ол1, б)
метил2метилпропеноат;
– укажите направление действия электронных эффектов и расставьте знаки частичных зарядов в реакционных центрах молекул, а)
2,2,2трихлорэтандиол, б) фенилметаналь;
– расположите вещества в порядке возрастания кислотности в водном
растворе: а) этановая кислота, б) аммиак, в) анилин, г) трифторуксусная
кислота, д) диэтиламин, е) этанол, ж) вода, з) 2метилпропанол2, и)
фенол, к) пропин. (д, б, в, к, з, е, ж, и, а, г)
Тема 4. Методы изучения органических веществ.
Цель изучения темы: ознакомление обучаемых с современными
методами установления состава и структуры органических соединений
(веществ); развитие практикоэкспериментальных интегрированных
умений школьников, необходимых для решения экспериментальных
задач и практических проблем.
227
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рассматриваемые вопросы: понятие о физикохимических методах
идентификации органических веществ (соединений). Физические и
химические методы очистки веществ (перекристаллизация, перегонка,
экстракция, адсорбция, фильтрация, отстаивание). Понятие об адсорбционной, распределительной, ионообменной хроматографии и электрофорезе. Химический анализ органических соединений (элементный
анализ, качественные пробы на функциональные группы и кратные
связи, расщепление углеродной цепи с последующей идентификацией
осколков). Понятие о спектральных методах анализа (спектр как явление; электронная – УФ, колебательная – ИК, ядерномагнитного
резонанса, парамагнитного электронного резонанса, спектроскопия и
массспектроскопия). Понятие о дифракционных методах (дифракция
как явление, рентгенография, электронография).
Основные термины и понятия: идентификация; очистка; хроматография;
анализ; проба; спектр; дифракция.
Демонстрации: кодослайды; спектрограммы; хроматографическая колонка, пластинка, бумага.
Эксперимент.
а) обнаружение элементов углерода, водорода, азота, хлора в органических
веществах.
Оборудование и реактивы: пробирки лабораторные, трубки газоотводные, спиртовки (горелки), штатив лабораторный, медная проволока,
крахмал (парафин), хлороформ (хлорэтил), мочевина, натронная известь,
известковая вода, тонкоизмельченный оксид меди (II), прокаленный
сульфат меди (II).
Ход эксперимента: в демонстрационную (лабораторную) пробирку
внести 1 г парафина или крахмала. Туда же добавить 0,5 г порошка
оксида меди (II). Пробирку со смесью закрепить горизонтально в
штативе. К самому отверстию пробирки осторожно внести немного
порошка сульфата меди (II) и закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки поместить в пробирку с известковой
водой. Смесь в пробирке нагреть на пламени до кипения парафина
или разложения крахмала (Осторожно! Соблюдайте правила т. б.).
Через определенное время известковая вода в пробирке помутнеет
вследствие выделения из смеси углекислого газа (нагревание прекратить только после извлечения трубки из раствора известковой воды).
В смеси после нагрева появятся красные включения (медь) – продукт
восстановления оксида меди (II) водородом, а порошок сульфата меди
(II) посинеет вследствие образования кристаллогидрата посредством
присоединения водяных паров.
В следующую пробирку прилить 35 мл хлороформа. Прокаленную
медную спираль остудить и внести в пробирку с хлороформом до смачи228
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вания спирали. Затем вынуть спираль и внести в пламя спиртовки (горелки). Отметить характерное зеленое окрашивание пламени, присущее
частицам хлорида меди (II) – проба Бейльштейна.
В следующую пробирку внести небольшое (12 г) количество мочевины и двукратный избыток натронной извести (смесь равных количеств
кристаллических щелочи натрия и гашеной извести). Отверстие пробирки
закрыть куском ваты, предварительно смоченным в растворе лакмуса (фенолфталеина). Пробирку закрепить вертикально в штативе (держателе) и
нагреть в пламени спиртовки (горелки). Посинение, или малиновая окраска
в случае с фенолфталеином куска ваты доказывает наличие азота в составе
органического вещества.
Внимание! При внесении натронной извести не допускается ее попадания на стенки у отверстия пробирки.
б) Проба Толленса – качественная реакция на альдегидную группу (серебряное зеркало).
Оборудование и реактивы: пробирки лабораторные, химический стакан
(250 мл), плитка лабораторная закрытая, 2% водный раствор нитрата серебра
(ляпис), 10% водный раствор аммиака, формалин, вода.
Ход эксперимента: в пробирку прилить 2 мл раствора нитрата серебра.
Затем к нему постепенно приливать раствор аммиака точно до момента,
когда первоначально выпавший осадок не растворится полностью. Это
реактив Толленса.
В другую тщательно вымытую и ополоснутую щелочью, а затем
дистиллированной водой пробирку прилить 58 мл формалина и 2 мл
реактива Толленса. Смесь осторожно нагреть на водяной бане (химический стакан с водой на плитке). Через определенное время на стенках
пробирки образуется зеркало серебряного налета вследствие восстановления реактива Толленса.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные физические и химические методы очистки веществ;
– основные физикохимические методы идентификации органических
веществ;
– сущность хроматографии;
– виды хроматографии;
– основные качественные пробы на функциональные группы органических соединений.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– проводить основные операции по очистке вещества;
– выполнять качественный анализ элементного состава и функциональных групп органического вещества;
– проводить простейший хроматографический анализ вещества (бумажный, колоночный).
229
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Примеры упражнений:
– известно, что раствор органического вещества изменяет цвет лакмуса
на красный и дает положительную пробу Толленса, а массовая доля углерода
и водорода в нем составляет 26,087% и 4,348% соответственно. Постройте
структурную модель молекулы данного соединения, напишите его графическую формулу и дайте название в соответствии с номенклатурой IUPAC;
(метановая кислота)
– предложите способ и проведите разделение смеси йодной настойки,
используя только «аптечные препараты»;
– приготовьте вытяжку хлорофилла из растения и разделите смесь на
компоненты, используя методы хроматографии.
Тема 5. Особенности химических процессов с участием органических веществ.
Цель изучения темы: формирование у школьников системных знаний
о сущности химического процесса с участием органических веществ в
контексте учения о химических реакциях с энергетических позиций;
акцентирование внимания обучаемых на особенностях химических
свойств у органических соединений, классификации реакций в органической химии; развитие интегрированных умений учащихся применять
полученные знания в дальнейшем обучении, жизни и практике; развитие
у школьников интегрального стиля мышления и мотивов образования
и самообразования.
Рассматриваемые вопросы: актуализация знаний школьников о
сути и закономерностях прохождения химических процессов с энергетических позиций. Термодинамический и кинетический факторы
химического процесса. Интермедиат. Устойчивость интермедиата
– определяющий фактор механизма реакции с участием органических
реагентов. Ферменты. Графики прохождения термодинамически и
кинетически контролируемых реакций. Образование смеси продуктов – одна из главных особенностей реакций в органической химии.
Региоселективность и доминирование одного из продуктов реакции.
Понятии стереоселективности. Классификация реакций в органической химии.
Основные термины и понятия: фактор; кинематический и термодинамический факторы; кинетически и термодинамически контролируемые реакции, интермедиат; фермент; субстрат; региоселективность; пространственный фактор; стереоселективность; реакции
радикальные; реакции замещения, присоединения, элиминирования
(отщепления), перегруппировки, крекинг, окислительновосстановит
ельные; статические и динамические факторы; карбокатион; радикал;
карбанион.
230
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Демонстрации: кодослайды, таблицы, модели молекул органических
веществ.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– термодинамический и кинетический факторы химического процесса и их влияние на прохождение реакций с участием органических
веществ;
– графики термодинамических и кинетически контролируемых реакций;
– преимущественное образование того или иного продукта реакции в
зависимости от условий процесса;
– относительную устойчивость интермедиатов и ее влияние на механизм
реакции и выход продукта;
– классификацию реакций с участием органических соединений;
– определение основных понятий и терминов (см. выше).
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– строить графики прохождения различных реакций с участием органических реагентов;
– определять (прогнозировать) доминирующие продукты реакций в
органической химии с учетом различных факторов и условий прохождения
процесса;
– по уравнению реакции определять ее тип и условное обозначение;
– по типу реакции с участием органических веществ определять (прогнозировать) и написать механизм процесса;
– сравнивать интермедиаты относительно их устойчивости и прогнозировать механизмы реакций;
– прогнозировать и проектировать схему получения органического
соединения с учетом всех факторов и условий осуществляемого процесса;
– писать уравнения реакций с участием органических веществ;
– производить расчеты по уравнениям реакций с участием органических
веществ.
Примеры упражнений:
– напишите уравнения соответствующих реакций и дайте названия
продуктам взаимодействия: 1,1дибромбутана и спиртового раствора щелочи
калия; 1,2дибромбутана и спиртового раствора щелочи; 1,2дибромбутана
и водного раствора щелочи. Определите тип и условное обозначение данных
процессов;
– при пропускании алкена через водный раствор избытка перманганата калия масса выпавшего осадка превышает массу исходного алкена в
2,07 раза. Установите строение алкена и назовите его, составьте уравнение
процесса и определите его тип; (С2Н4; Н2С=СН2)
– подберите реагенты для получения 2метилбутана;
231
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– предложите механизм взаимодействия 2метилпропена со слабым
(очень разбавленным) раствором кислоты;
– предложите схему разделения смеси бутина1 и бутина2 с выделением
индивидуальных соединений.
Список литературы
Для учителя:
1. Азимов, А. Мир углерода [Текст]: пер. с англ. / А. Азимов. – М.: Химия,
1978. – 208 с.: ил. – США. 1962.
2. Ардашникова, Е. И. Курс органической химии для старшеклассников
и поступающих в вузы [Текст] / Е. И. Ардашникова, Н. Б. Казеннова, М. Е.
Тамм. – М.: Аквариум, 1998. – 272 с.
3. Биографии великих химиков [Текст]: пер. с нем. / под ред. К. Хайнинга, перевод Крицмана В. А.; под ред. Г. В. Быкова, С. А. Погодина. – М.:
Мир, 1981. – 386 с.
4. Зеленин, К. И. Химия [Текст]: Учебник для вузов. / К. И. Зеленин.
– СПб.: Специальная литература, 1997. – 688 с.
5. Карцова, А. А. Избранные главы органической химии [Текст] / А.А.
Карцова. – СПб.: Издательство СанктПетербургского университета педагогического мастерства, 1995. – 96 с.
6. Конарев Б. Н. Любознательным о химии. Органическая химия [Текст]
/ Б. Н. Конарев. – М.: Химия, 1992. – 240 с.
7. Лямин, А. Н. Введение в курс органической химии средней школы
[Текст]: Пособие для учителей. / А. Н. Лямин. – Киров: издво КИПК и
ПРО, 2005. – 64 с.
8. Моррисон, Р. Органическая химия [Текст]: пер. с англ. / Р. Моррисон,
Р. Бойд. М.: Мир, 1974. – 1135 с.
9. Программа курса химии для 811 классов общеобразовательных учреждений [Текст], / Н. С. Ахметов // Программы для общеобразовательных
учреждений: Химия: 811 кл. / сост. Н. И. Габрусева, С. В. Суматохин. – 2е
изд., доп. – М.: Дрофа, 2001. – С. 106138.
10. Программы по химии для 811 классов общеобразовательных учреждений
[Текст] / под ред. Н. Е. Кузнецовой. М.: ВентанаГраф, 2006. – 128 с.
11. Тюкавкина, Н. А. Биоорганическая химия [Текст]: Учебник для вузов
/ Н. А. Тюкавкина, Ю. И. Бауков. – 4е изд., стереотип. М.: Дрофа, 2005.
542[2] с. – (Высшее образование: Современный учебник).
Для учащихся:
1. Ахметов, Н. С. Химия [Текст]: учебник для 9 кл. / Н. С. Ахметов. – М.:
Просвещение, 1999. – 175 с.
2. Габриелян, О. С. Химия [Текст]: Орган. химия: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений с углубл. изучением химии / О. С. Габриелян, И. Г.
Остроумов, А. А. Карцова. – М.: Просвещение, 2003. – 368 с.
232
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Кузнецова, Н. Е. Химия [Текст]: учеб. для учащихся 9 кл. / Н. Е.
Кузнецова, И. М. Титова, А. Ю. Жегин, Н. Н. Гара / под ред. проф. Н. Е.
Кузнецовой. – М.: ВентанаГраф, 2001. – 320 с.
4. Кузнецова, Н. Е. Химия [Текст]: учеб. для учащихся 10 кл. / Н. Е. Кузнецова, И. М. Титова, Н. Н. Гара / под ред. проф. Н. Е. Кузнецовой. – М.:
ВентанаГраф, 2004. – 384 с.
5. Энциклопедия для детей [Текст]. Том 17. Химия / глав. ред. В. Володин;
вед. науч. ред. И. Леенсон. М.: Аванта+, 2004. – 640 с.
6. Эткинс, П. Молекулы [Текст]: пер. с англ. – М.: Мир, 1991. – 216 с.
3.2.2. Программа элективного интегративного курса
«Рациональное питание»
Пояснительная записка.
Элективный курс «Рациональное питание» разработан в соответствии с концепцией профильного образования и направлен на
реализацию основной цели по ориентации и развитию мотивации
учащихся основной школы на получение естественнонаучного образования в рамках профильной (средней) школы и профессионального
образования.
Курс рассчитан на 17 часов учебного времени. Он максимально
интегративен и базируется на знаниях и умениях школьников, полученных на уроках математики, физики, географии, биологии, химии,
ОБЖ. Программой курса предусмотрены теоретические и практические
виды занятий. Структура и содержание курса позволяют применить
любую методическую модель и разнообразные технологии по его реализации.
Кроме мотивационной функции, курс органично вписывается и в
систему экологического, культурологического и здоровьесберегающего
функционирования современного образования.
Курс удобнее всего вводить во II полугодии 9 класса, т.к. у учащихся к этому времени уже сформирована необходимая предметная
база для усвоения предложенного материала и представленный курс
будет изучаться параллельно с такими темами основного школьного
курса химии, как «жиры», «белки», «углеводы» [9, 67, 125]. Также
возможно использование программы предложенного курса и в 1011
классах [65, 125].
На протяжении изучения всего курса предусмотрено выполнение
школьниками индивидуальной творческой (исследовательской) проектной работы по разработке индивидуального недельного рациона питания,
которая является итоговой (выпускной). Предложены различные темы
для написания реферативных работ, которые также могут быть зачтены
при итоговой аттестации по изучению данного курса.
233
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тематический план курса
№ раздела,
темы
Наименование раздела, темы
Количество
часов
1
2
3
Раздел I.
Тема 1.
Биоэлементы
Содержание биоэлементов в организме человека
Основные вещества биоорганизма
1
1
Раздел II.
Тема 1.
Тема 2.
Тема 3.
Химические компоненты продуктов питания
Жиры – аккумуляторы энергии в организме
Углеводы – главные поставщики энергии организма
Белки – строительный материал организма
7
2
2
3
Раздел III.
Тема 1.
Тема 2.
Тема 3.
Пища – источник энергии
Калориметрия
Энергетическая ценность продуктов питания
Энергетический баланс человека
3
1
1
1
Раздел IV.
Тема 1.
Тема 2.
Тема 3.
Тема 4.
Рациональное питание
Сбалансированность жиров, белков, углеводов в пище
Витамины и микроэлементы
Пищевой рацион человека
Продукты питания и процессы старения человека
6
1
2
2
1
Всего за курс
17
Спецификация учебных элементов.
Раздел I. Биоэлементы.
Тема 1. Содержание биоэлементов в организме человека. Основные вещества
биоорганизма.
Цель изучения темы: повторить, систематизировать, конкретизировать
знания учащихся по теме «Элемент и свойства элемента». Сформировать
понятие о биогенных элементах, макроэлементах, органогенах и биометаллах. Дать общее представление об основных веществах биоорганизмов и
показать роль данной темы для изучения последующих тем курса. Показать
взаимосвязь химии с биологическими науками.
Рассматриваемые вопросы:
Биогенные элементы. Макроэлементы. Органогены и их свойства.
Содержание биогенных элементов в организме человека и их основные
функции. Жиры, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, вода, углекислый
газ – основные вещества биоорганизма и их основные функции. Понятие о
биометаллах. Дыхание и питание – основные функции организма животных.
Дыхание и фотосинтез – основные функции растений.
Основные термины и понятия: биогенный элемент, макроэлемент, органоген, биометалл, жиры, белки, углеводы, ДНК, РНК, дыхание, фотосинтез,
питание.
234
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Демонстрации: таблицы и кодослайды по содержанию химических
элементов в природе и организме человека. Кодослайды по многообразию
органических соединений.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения: биогенный элемент, макроэлемент, органоген, биометалл, дыхание, фотосинтез, питание;
– важнейшие макроэлементы, органогены и их основные функции;
– содержание органогенов в организме человека;
– основные функции некоторых биометаллов (Fe, Ca, Mg, Cu, K, Na);
– процессы дыхания, питания, фотосинтеза (упрощенно);
– содержание воды, жиров, углеводов, белков в организме здорового
человека.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– писать символы макроэлементов;
– составлять упрощенные уравнения процессов дыхания и фотосинтеза;
– вести расчеты определения массы вещества и элемента по процентному содержанию элемента и наоборот.
Примеры упражнений:
– какую массу вашего тела составляют элементы кислород, водород,
углерод, сера, железо, кальций, калий, натрий? (mтела ω (O) (H) (C) (S)
(Fe) (Ca) (K) (Na);
– определите массу вашего тела, приходящуюся на воду, белок, жир,
углевод (mтела ω (H2O) (белков) (жиров) (углеводов).
Раздел II. Химические компоненты продуктов питания.
Тема 1. Жиры – аккумуляторы энергии в организме.
Цель изучения темы: дать понятие о жирах как химических соединениях.
Раскрыть основные функции жиров в организме человека. Рассмотреть химическое строение карбоновых кислот. Определить энергетические характеристики расщепления жиров в организме человека. Формировать представления
учащихся о здоровом образе жизни. Подготовить школьников к восприятию
материала следующего раздела курса.
Рассматриваемые вопросы:
Жиры – органические вещества класса липидов. Качественный
состав жиров. Структура биомолекул жиров как сложных эфиров. Насыщенные и ненасыщенные (масла) жиры. Твердые и жидкие жиры.
Жирные кислоты. Реакции этерификации, омыления и гидрирования
жиров. Функции жиров в организме человека. Нормы суточного потребления жиров человеком. Энергоемкость жиров. Проблемы ожирения
и атеросклероза.
Основные термины и понятия: биомолекулы, жиры, липиды, сложные
эфиры, глицерин, жирные кислоты, насыщенные и ненасыщенные
235
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
жиры, реакция этерификации, омыление и гидрирование жиров, мыла,
энергоёмкость биовещества, ожирение, атеросклероз.
Демонстрации: эксперимент по щелочному гидролизу (омылению)
жиров. Различные виды жиров и масел, употребляемых в пищу. Продукты
питания, содержащие большое количество жиров.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения: липиды, жиры, сложные эфиры, жирные кислоты,
глицерин, многоатомные спирты, насыщенные и ненасыщенные жиры,
энергоемкость биовещества;
– энергоемкость жиров;
– содержание жиров в организме человека;
– основные жирные кислоты (названия и строение);
– содержание фрагментов жирных кислот в различных жирах;
– основные функции жиров;
– нормы потребления жиров человеком;
– названия основных жиров и масел, употребляемых в пищу;
– сущность процессов: этерификации, омыления, гидрирования и
прогоркания масел.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– составлять формулы сложных эфиров и жирных кислот, давать им
названия;
– писать уравнения реакций: этерификации, омыления, гидрирования
ненасыщенных жиров;
– определять массу поглощаемых с продуктами питания жиров по их
процентному содержанию;
– вычислять процентное содержание жира в продукте по массе жира и
продукта питания.
Примеры упражнений:
– согласно имеющимся оценкам, все население США «носит на себе»
2,3 х 109 фунтов лишнего жира. Определите количество энергии, заключенное в этом жире. Сколько молодых людей в течение года можно накормить
избыточно потребленными в США продуктами, если одному подростку в
среднем в сутки нужно 11087,6 кДж энергии? (4,0595 х 1013 кДж, 9166100
человек);
– определите количество вареных яиц, которое необходимо съесть, чтобы
восполнить суточный запас жиров, если одно яйцо содержит 5,437 г жиров.
Сделайте вывод.
(m(тела) х 1,4 г; ~ 18 яиц
5,437 г
Эксперимент:
оборудование и реактивы: едкий натр гранулированный – 25 г,
20%ный раствор поваренной соли – 100 мл, говяжий жир (внутренний)
236
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– 70 г, свиное сало – 30 г, вода, химический термостойкий стакан (250
мл), водяная баня, стеклянная палочка.
Ход работы: мелкоизмельченный жир поместить в термостойкий стакан и дать ему расплавиться при нагревании, малыми порциями добавить
к жиру нагретый раствор 25 г щелочи натрия в 30 мл воды. (Осторожно!
Возможно разбрызгивание щелочи. Использовать защитный экран и
надеть резиновые перчатки). Полученную смесь при непрерывном помешивании нагревать на водяной бане 30 минут. Затем прилить 100 мл 20%
раствора поваренной соли и снова нагреть смесь до полного (всплытия)
отделения мыла. Дать смеси остыть, выделившийся на поверхности слой
мыла собрать ложкой.
Тема 2. Углеводы – главные поставщики энергии организма.
Цель изучения темы: дать понятие об углеводах как химических соединениях. Рассмотреть строение глюкозы, фруктозы, галактозы, сахарозы,
лактозы, мальтозы, крахмала, целлюлозы, используя формулы Фишера и
Хеуорса. Раскрыть основные функции углеводов в организме человека.
Определить энергетические характеристики расщепления углеводов в
организме человека. Подготовить школьников к восприятию учебного материала следующего раздела курса. Формировать представления учащихся
о здоровом образе жизни.
Рассматриваемые вопросы:
Углеводы – органические вещества. Качественный состав углеводов.
Моносахариды (монозы) – глюкоза, галактоза и фруктоза. Строение молекул изучаемых моноз. Стерео (оптическая) изометрия. Формулы Фишера и
Хеуорса. Реакции полного окисления моноз. Дисахариды (биозы) – сахароза,
мальтоза, лактоза. Тростниковый, молочный и солодовый сахара. Строение
молекул дисахаридов по Хеуорсу. Реакции гидролиза биоз. Полисахариды
(полиозы) – биополимеры (целлюлоза и крахмал). Строение полисахаридов
по Хеуорсу. Гидролиз (осахаривание) крахмала и клетчатки (целлюлозы).
Функции углеводов в организме человека. Нормы суточного потребления
углеводов человеком. Энергоёмкость углеводов. Проблемы ожирения, сахарного диабета и кариеса.
Основные термины и понятия: углеводы, монозы (моносахариды), биозы
(дисахариды), полиозы (полисахариды), поликонденсация, биополимеры,
мономеры, глюкоза, фруктоза, галактоза, лактоза, мальтоза, сахароза,
крахмал и клетчатка, амилоза, амилопектин, формулы Фишера и Хеуорса,
реакции полного окисления моноз, гидролиз биоз и полиоз, ферментативный гидролиз, сахарный диабет, кариес.
Демонстрации: эксперименты по качественному определению углеводов
(цветная реакция Молиша), проба на крахмал раствором Люголя, ферментативный гидролиз крахмала (фермент – амилаза), сахар свекловичный и
тростниковый, глюкоза, крахмал, вата.
237
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения: углеводы, монозы, биозы, полиозы, биополимеры,
глюкоза, фруктоза, мальтоза, лактоза, сахароза, крахмал, целлюлоза,
гликоген, фермент;
– строение моно, ди и полисахаридов;
– сущность реакции полного окисления моноз;
– сущность реакции гидролиза ди и полисахаридов;
– сущность реакции «мягкого» окисления глюкозы до глюкаровой
кислоты;
– качественное определение углеводов, в частности крахмала;
– основные функции углеводов в организме человека;
– энергоемкость углеводов;
– содержание углеводов в организме человека;
– нормы суточного потребления углеводов человеком.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– писать формулы изучаемых углеводов по Фишеру и Хеуорсу;
– писать уравнения реакций окисления и гидролиза углеводов;
– определять массу углеводов в продуктах питания по их процентному
содержанию и наоборот;
– определять крахмал в продуктах питания с помощью реактива Люголя
(спиртового раствора йода).
Примеры упражнений:
– 400 г сладких кукурузных хлопьев содержат три чайные ложки
сахара, которые при «сгорании» в организме выделяют 233,8856 кДж
энергии. Какую массу воды можно нагреть от 20°С до кипения при
«сжигании» такого количества сахара? Сделайте выводы. (Q=mc∆T;
m=698,75 г);
– какую массу хлопьев нужно употребить в пищу, чтобы компенсировать
суточные затраты энергии школьника? Сделайте вывод.
(11087,6 кДж х 400 г) = 18962,433 г.
233,8856 кДж
Эксперимент:
а) Цветная реакция Молиша.
Оборудование и реактивы: вода, сахар, глюкоза, вата, спиртовой
раствор резорцина или тимола (аптека), концентрированная серная
кислота, пробирки.
Ход эксперимента: налить в три пробирки по 1 мл дистиллированной воды и внести в одну из них несколько крупинок сахара, в другую – глюкозы, в третью – волокна ваты. Затем в каждую пробирку
добавить по три капли спиртового раствора резорцина или тимола.
Каждую пробирку наклонить и осторожно по стенке добавить по 1 мл
концентрированной серной кислоты. Вернуть пробирку в вертикальное
238
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
положение. На границе раздела жидкостей появится яркое красное или
фиолетовое кольцо.
б) Проба на крахмал.
Оборудование и реактивы: крахмал, вода, раствор Люголя или спиртовой
раствор йода, пробирка.
Ход эксперимента: заранее подготовленный крахмальный клейстер
объемом 1 мл внести в пробирку. Затем к нему добавить каплю раствора
Люголя или сильно разбавленного спиртового раствора йода. Появится
характерное темносинее окрашивание.
Раствор Люголя: в 10 мл дистиллированной воды растворить 2 г иодида
калия и добавить 1 г кристаллического йода. Довести общий объем раствора
дистиллированной водой до 50 мл.
в) Ферментативный (амилаза) гидролиз крахмала.
Оборудование и реактивы: крахмальный клейстер, вода, раствор Люголя
или спиртовой раствор йода, пробирка, стакан.
Ход эксперимента: дистиллированной водой в течение минуты прополоскать рот – получится раствор слюны, содержащий фермент амилазу.
Полученный раствор внесите в пробирку с равным объемом крахмального клейстера. Пробирку со смесью поставьте в стакан с горячей (около
40°С) водой (для ускорения процесса). Через некоторое время (около 5
минут) проведите пробу с раствором Люголя или с сильно разбавленным
раствором йода. Не позже чем через 15 минут крахмал гидролизуется и
проба не дает положительного результата.
Тема 3. Белки – строительный материал организма.
Цель изучения темы: дать понятие о белках как биополимерах, образованных αаминокислотами посредством пептидных связей. Раскрыть
основные функции белков в организме. Познакомить школьников с
простейшей классификацией белков и упрощенной схемой их биосинтеза. Определить энергетические характеристики расщепления белков
в организме человека. Подготовить учащихся к восприятию материала
следующего раздела курса.
Рассматриваемые вопросы:
Белки – биополимеры. αаминокислоты. Пептидная связь. Пептиды. Природные аминокислоты. Незаменимые аминокислоты. Качественный состав белков. Основные функции белков в организме
человека. Простейшая классификация белков (протеинов): глобулярные
(альбумин) и фибриллярные (кератин, коллаген, эластин). Структура
белка: первичная (цепь), вторичная (спираль), третичная (трехмерная
спираль), четвертичная. Водородные, ионные, гидрофобные и ковалентные связи в структурах белка. Энергоемкость белков. Гидролиз белков.
Денатурация белка. Нормы суточного потребления белков. Биосинтез
белка: ДНК, РНК, хромосома, ген, кодон, редупликация, транскрипция,
239
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
трансляция. Генетические заболевания (фенилкетонурия, гемофилия).
Цветные реакции на белок.
Основные термины и понятия: пептидная связь; пептиды; белки;
αаминокислоты; незаменимые αаминокислоты; протеины; глобулярные и фибриллярные белки; альбумин; кератин; коллаген; эластин;
первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка; водородное, ионное, гидрофобное и ковалентное взаимодействие в структурах
белков; гидролиз и денатурация белка; биосинтез; ген; кодон; редупликация ДНК; транскрипция; трансляция; гемофилия; фенилкетонурия;
ксантопротеиновая и биуретовая реакции.
Демонстрации: эксперименты – денатурация белков, осаждение
белком ионов тяжелых металлов, цветные реакции на белок; яичный
белок (альбумин).
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
определения: αаминокислоты, пептидная связь, пептиды, полипептиды, белки, глобулярные и фибриллярные белки, денатурация,
биосинтез, редупликация, транскрипция, трансляция, ген, кодон, биуретовая и ксантопротеиновая реакции;
– строение пептидной связи;
– структуры белков;
– простейшую классификацию белков (по растворимости);
– сущность реакции денатурации белка;
– сущность реакции гидролиза белков;
– простейшие схемы биосинтеза белка: редупликация транскрипция трансляция;
– энергоемкость белков;
– нормы суточного потребления белков;
– основные функции белков в организме;
– содержание белков в организме человека;
– качественное определение белков.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– составлять по буквенному обозначению формулы простейших пептидов и наоборот;
– писать уравнения гидролиза пептидов;
– определять массу белков в продуктах питания по их процентному
содержанию и наоборот;
– проводить качественные реакции по определению белков (пробы:
Геллера, биуретовая и ксантопротеиновая).
Примеры упражнений:
– в медицине используются обезболивающие средства – энкефалины, выделенные из мозга животных в 1975 г. Они представляют собой пептиды (нейропептиды), имеющие следующий состав:
240
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
TyrGlyGlyPheMet и TyrGlyGlyPheLeu. Составьте структурные
формулы этих пептидов;
– англотензин – эффективное средство повышения кровяного давления
(прессорный эффект). Он имеет состав: AspArgValTyrIleHisProPhe.
Составьте структурную формулу данного пептида и напишите уравнение
реакции его полного гидролиза;
– определите процентное содержание серы по массе в пептиде – глутатионе, если он имеет состав: GluCusGlu.
Эксперимент:
а) денатурация белка.
Оборудование и реактивы: белок куриного яйца (альбумин) или молоко,
раствор уксусной кислоты, пробирка, спиртовка.
Ход эксперимента: осторожно нагреть в пробирке раствор альбумина
или молоко до температуры 4050°С. Затем добавить в горячий раствор
несколько капель уксусной кислоты. Из раствора выпадают хлопья свернувшегося белка (провести аналогично с образованием простокваши
или творога);
б) осаждение белком солей тяжелых металлов.
Оборудование и реактивы: раствор белка куриного яйца; раствор сульфата
меди, хлорида железа (III), нитрата свинца; пробирки.
Ход эксперимента: к пробам раствора белка добавить по 34 капли растворов солей. Образующиеся осадки свидетельствуют о ядовитости солей
тяжелых металлов;
в) проба Геллера.
Оборудование и реактивы: 0,1 М раствор азотной кислоты, раствор белка
куриного яйца, пробирка.
Ход эксперимента: налить в пробирку 3 мл раствора азотной кислоты
и пипеткой осторожно добавить по стенке пробирки раствор белка так,
чтобы оба раствора не перемешивались. На границе слоев появляется белое
кольцо;
г) биуретовая проба.
Оборудование и реактивы: раствор щелочи калия и натрия, раствор сульфата меди, раствор белка куриного яйца, пробирка.
Ход эксперимента: к раствору белка добавить раствор щелочи и затем
по каплям раствор сульфата меди. Вначале появится краснофиолетовое
окрашивание, которое переходит далее в синефиолетовый цвет;
д) ксантопротеиновая проба.
Оборудование и реактивы: концентрированная азотная кислота, белок
куриного яйца, раствор щелочи, спиртовка.
Ход эксперимента: в пробирку внести часть белка куриного яйца
и осторожно нагреть. Затем к нагретому белку осторожно по каплям
добавить азотную кислоту. Появится лимонножелтая окраска, которая
241
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
после осторожной нейтрализации разбавленным раствором щелочи
переходит в оранжевую (эта проба обнаруживается на коже рук при
неосторожном обращении с азотной кислотой).
Раздел III. Пища – источник энергии.
Тема 1. Калориметрия.
Цель изучения темы: дать понятие о калории – единице энергии. Рассмотреть взаимосвязь калории с другими единицами энергии. Развивать
вычислительную культуру учащихся. Формировать интегральное мышление
школьников путем раскрытия взаимосвязи наук естественного цикла и
сферы жизнедеятельности общества.
Рассматриваемые вопросы:
Энергия – мера движения материи. Теплота и работа – формы
«передачи» энергии. Единицы измерения энергии. Калория – единица
измерения энергии, используемая в трофологии (науке о питании). Соотношение между единицами энергии – калорией и джоулем. Затраты
энергии в результате жизнедеятельности человека. Среднесуточная норма
энергии для людей разного возраста с разной интенсивностью жизни.
Основные термины и понятия: калория, килокалория, жизнедеятельность
с позиций теплоты и работы, трофология, энергетическая норма.
Демонстрации: таблицы по энергозатратам при различных видах деятельности человека, таблицы по среднесуточным энергетическим нормам для
людей разного возраста с разной физической нагрузкой.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения: калория, джоуль, энергия, теплота, работа;
– соотношение между калорией и джоулем;
– среднесуточную энергетическую норму для своего возраста;
– затраты энергии на основные виды деятельности человека.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– выполнять вычисления по переводу калорий в джоули и наоборот;
– выполнять простейшие расчеты по суточным энергозатратам, используя соответствующие таблицы.
Примеры упражнений:
– удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж * г1. На основании
этой величины установите соотношение между калорией и джоулем. (По
определению: 1 кал – энергия, необходимая для нагрева 1 г воды на 10С.
Следовательно, 1 кал = 4,18 Дж);
– определите энергоемкость белков, жиров и углеводов в калориях на
1 г вещества.
(Белки – 4100 кал * г –1, жиры – 9300 кал * г –1, углеводы – 4100 кал
–1
* г );
– среднесуточное поступление энергии 15летнего юноши составляет
2900 ккал (девушки – 2600 ккал). Какое время потребуется вам, чтобы
242
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
«переработать» эту энергию, если вы будете: а) только лежать; б) ходить;
в) быстро ездить на велосипеде; г) бегать?
(а) 36,25 ч (32,5 ч); б) 13,8 ч (12,38 ч); в) 4,4 ч (4 ч); г) 3,2 ч (2,88 ч).
Тема 2. Энергетическая ценность продуктов питания.
Цель изучения темы: дать понятие об энергетической ценности продуктов питания (калорийности). Развивать умение учащихся по работе со
справочной литературой, вычислительную культуру учащихся. Формировать
интегральное мышление учащихся.
Рассматриваемые вопросы:
Белки, жиры, углеводы – основные компоненты продуктов питания.
Продукты питания растительного и животного происхождения. Продукты
питания белкового, жирового и углеводного направлений. Высококалорийные и низкокалорийные продукты питания.
Основные термины и понятия: растительные и животные продукты питания, высококалорийные и низкокалорийные продукты питания, энергетическая ценность продукта питания.
Демонстрации: таблицы калорийности продуктов питания.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные продукты питания растительного и животного происхождения;
– основные высококалорийные и низкокалорийные продукты питания.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– определять по таблицам энергетическую ценность продукта питания;
– определять по составу (белки, жиры, углеводы) продукта питания его
энергетическую ценность;
– определять массу продукта питания, необходимую для получения
определенной порции энергии;
– рассчитывать энергетическую ценность комплексного обеда.
Примеры упражнений:
– по справочным таблицам определите энергетическую ценность одного
яблока массой 140 г. К высококалорийным или низкокалорийным продуктам
можно его отнести?
(Низкокалорийный продукт – 62,5 ккал, 15,2 г углеводов)
– какую порцию жареного картофеля нужно употребить, чтобы компенсировать энергетические затраты на 2часовую игру в волейбол?
(700 ккал, 255 г)
– рассчитайте количество энергии, полученное при употреблении
обеда, состоящего из салата из свежей капусты – 80 г, супа молочного –
150 г, жареной рыбы – 80 г, овощного гарнира – 100 г (картофеля вареного),
хлеба – 70 г (3 куска), фруктового (апельсинового) сока – 200 г (1 ст.)
(753,2 ккал)
243
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 3. Энергетический баланс человека.
Цель изучения темы: дать понятие об энергетических затратах человека в процессе жизнедеятельности в сопоставлении их с энергетической
ценностью потребляемых им продуктов питания. Продолжать развитие
вычислительной культуры учащихся, умений работать со справочной
литературой. Формировать интегральное мышление школьников.
Рассматриваемые вопросы:
Энергозатраты человека на физиологические процессы и на совершение механической работы. Избыток и недостаток энергии, полученной
с продуктами питания и израсходованной в процессе жизнедеятельности. Энергетический баланс человека и возможные последствия его
нарушения.
Основные термины и понятия: энергозатраты, энергобаланс, ожирение,
дистрофия.
Демонстрации: таблицы энергозатрат человека в процессе совершения различных видов работы. Среднесуточные энергетические нормы
подростка.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– энергозатраты человека в состоянии покоя (физиологические
процессы);
– энергетические виды работ, совершаемых человеком в процессе
жизнедеятельности;
– среднесуточные энергетические нормы подростков (юноши, девушки);
– последствия нарушения энергетического баланса человеком.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– используя таблицы энергозатрат, определять сумму затраченной
энергии за определенный период времени;
– используя справочные данные по энергозатратам и энергетической
ценности продуктов питания, составлять свой суточный энергобаланс.
Примеры упражнений:
– используя справочные таблицы энергозатрат, определите сумму
затраченной энергии подростком за определенный промежуток времени
по приведенному распорядку: 700730 – бег трусцой; 730750 – пешая прогулка до школы; 8001300 – уроки в школе (из них 11101155 – физкультура,
бег на лыжах); 13001400 – отдых сидя, обед; 14001430 – пешая прогулка
до бассейна; 14401540 – бассейн, плавание; 15501620 – пешая прогулка
до дома; 16301730 – отдых лежа; 17302030 – подготовка к урокам; 20302230
– просмотр телепередач; 22302250 – бег трусцой; 2300640 – сон (3196 ккал
х сут. 1 );
– молодая дама («соблюдающая фигуру») не удержалась и поглотила
с пищей на 50% больше среднесуточной энергетической нормы. Сколько
244
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
времени она должна: а) стирать белье; б) бегать трусцой; в) ездить на
велосипеде, чтобы компенсировать излишек?
(а) 8 ч 27 мин. 35 с; б) 2 ч 12 мин.; в) 5 ч);
– человек, находясь на сорокаградусной жаре, потерял с потом поллитра
воды. На сколько градусов поднялась бы его температура тела, если он был
лишен возможности потеть?
(на 3,850С, т.е. Т(тела) = 40,450С)
Раздел IV. Рациональное питание.
Тема 1. Сбалансированность жиров, белков, углеводов в пище.
Цель изучения темы: показать зависимость состава пищи некоторых
народностей от места их проживания (климатические особенности, основные виды деятельности, традиции, пищевое сырье и т.д.). Рассмотреть
оптимальные варианты сбалансированности питания по белкам, жирам,
углеводам в зависимости от активности жизнедеятельности школьника.
Продолжать формирование естественнонаучного мировоззрения и интегрального мышления школьников.
Рассматриваемые вопросы:
Энергетическое содержание и состав традиционной пищи некоторых
народностей. Зависимость состава пищи от внешних факторов, действующих на человека, и основных видов его деятельности. Последствия,
возникающие в результате дисбаланса жиров, белков, углеводов в пище.
Оптимальная сбалансированность жиров, белков и углеводов в пище в
зависимости от видов деятельности. Нормы, рекомендуемые Минздравом России.
Основные термины и понятия: сбалансированность пищи по составу
основных веществ – жиров, белков и углеводов.
Демонстрации: таблицы по составу традиционной пищи разных народностей и по нормам среднесуточного потребления белков, жиров и
углеводов подростками.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– зависимость сбалансированности питания по составу от внешних факторов
(климат, пищевое сырье) и основных видов деятельности человека.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– используя справочные таблицы по среднесуточным нормам потребления белков, жиров и углеводов школьниками данного возраста, прогнозировать варианты сбалансированности питания в зависимости от видов
деятельности в данном регионе.
Примеры упражнений:
– используя необходимый справочный материал, определите оптимальный (на ваш взгляд) вариант суточного содержания в пище белков, жиров
и углеводов для школьника вашего возраста и региона, активно занимающегося классической борьбой.
245
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(Белки животные – 350 г; белки растительные – 100 г; жиры растительные – 80 г; жиры животные – 20 г; углеводы – 150 г 3390 ккал
х сут. 1)
Тема 2. Витамины и микроэлементы.
Цель изучения темы: дать понятие о витаминах и микроэлементах.
Рассмотреть их основные функции в организме человека, а также последствия их избытка либо недостатка. Показать, на примере потребности
организма в микроэлементах и витаминах, взаимосвязь наук о природе
(химии, биологии, географии, экологии и т.п.). Продолжать формирование интегрального мышления учащихся.
Рассматриваемые вопросы:
Микроэлементы. Витамины. Содержание микроэлементов и витаминов в различных продуктах питания. Основные функции витаминов и
микроэлементов в организме человека. Суточные нормы потребления витаминов и микроэлементов. Количественное определение аскорбиновой
кислоты (витамин С) в продуктах питания. Качественное определение
железа в продуктах питания. Последствия избытка, недостаточности и
полной недостаточности витаминов и микроэлементов в организме.
Основные термины и понятия: витамины, микроэлементы, авитаминоз,
гиповитаминоз, гипервитаминоз, анемия, дерматит, куриная слепота,
пеллагра.
Демонстрации: таблицы рекомендуемых суточных норм витаминов и
микроэлементов для подростков. Кодослайды по функциям витаминов и
микроэлементов в организме человека.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения витаминов и микроэлементов;
– основные витамины и микроэлементы;
– основные функции витаминов и микроэлементов в организме
человека;
– последствия, вызванные нарушением норм потребления витаминов
и микроэлементов;
– качественные реакции на некоторые витамины (С) и микроэлементы.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– проводить количественное определение витамина С (аскорбиновая
кислота) в продуктах питания;
– проводить качественное определение железа в продуктах питания;
– определять по справочным таблицам массу витаминов и микроэлементов в продуктах питания.
Примеры упражнений:
– на количественное определение витамина С было израсходовано
246
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2,5 мл раствора Люголя. Какая масса аскорбиновой кислоты содержалась
в исследуемом растворе?
– в куске белого хлеба содержится 0,8 мг железа. Сколько кусков этого
хлеба нужно съесть для удовлетворения суточной потребности в этом элементе? (22,5 куска);
– сколько стаканов (100 мл) яблочного сока нужно выпить, чтобы получить суточную норму витамина С? (96 ст.)
Эксперимент:
а) Качественное определение железа в продуктах питания.
Оборудование и реактивы: продукты питания (сок, напиток, фрукты и
т.п.), лабораторный стакан, соляная кислота (1:2), раствор роданида калия,
пероксид водорода (ϖ = 3%, 10%), стеклянная палочка.
Ход эксперимента: к 10 мл сока, напитка или водной вытяжки твердых
продуктов добавить 34 капли соляной кислоты и 34 капли пероксида
водорода, т.к. железо содержится в продуктах питания в виде ионов Fe
2+
и Fe 3+, а потому ионы Fe 2+ необходимо перевести (окислить) в ионы
Fe 3+ . К полученному раствору необходимо добавить 12 капли раствора
роданида калия. При наличии ионов железа в растворе он быстро меняет
цвет на насыщенный красный.
б) Количественное определение витамина С в продуктах питания.
Оборудование и реактивы: штатив, бюретка, колба Эрленмейера, раствор Люголя, раствор крахмальной суспензии (ϖ = 1%), аскорбиновая
кислота, продукты питания (сок, напиток, фрукты и т.п.).
Ход эксперимента: часть 1. Приготовить раствор аскорбиновой кислоты, предварительно взвешенной (примерно 200300 мг). Затем 25 мл приготовленного раствора внести в колбу Эрленмейера объемом 100150 мл.
Добавить к исследуемому раствору 10 капель суспензии крахмала. Наполнить бюретку раствором Люголя до определенной метки объема. Записать
начальный объем. Осторожно оттитровать исследуемый раствор до появления синей окраски по уравнению
I2 (рр) + C6H8O6 (рр) С6H6O6 ( рр) + 2H+ + 2I
аскорбиновая
дегидроаскорби
кислота
новая кислота
Записать конечный объем раствора Люголя. Определить объем
раствора Люголя (разность), затраченный на титрование раствора с
известной массой витамина С. Определить коэффициент пропорциональности – какая масса аскорбиновой кислоты соответствует 1 мл
раствора Люголя.
Часть 2. Исследуемый раствор, полученный из продукта питания,
внести в колбу Эрленмейера в объеме 25 мл. Бюретку заполнить раствором Люголя до определенной метки объема. Записать. Оттитровать
исследуемый раствор аналогично первой части работы. Записать конеч247
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ный объем раствора Люголя. По коэффициенту, найденному в первой
части, и разности объемов (израсходованному объему) раствора Люголя
определить содержание витамина С в исследуемом продукте (в мг на 100
г продукта).
Тема 3. Пищевой рацион человека.
Цель изучения темы: дать понятие о пищевом рационе подростка 1315
лет. Познакомить школьников с правилами составления трехсуточного
рациона и меню. Развивать интегрированные навыки школьников. Воспитывать бережное отношение к своему здоровью.
Рассматриваемые вопросы:
Пищевой рацион и правила его составления. Меню и правила его составления. Сбалансированность питания по белкам, жирам, углеводам,
витаминам, макроэлементам и микроэлементам, энергии в зависимости
от возраста и видов деятельности человека.
Основные термины и понятия: пищевой рацион, меню, сбалансированность питания.
Демонстрации: таблицы и кодослайды по составу и калорийности пищевых продуктов суточным нормам потребления белков, жиров, углеводов, витаминов, макро и микроэлементов, энергии; различные примеры
3дневного меню для подростков.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения понятий: рацион, меню;
– правила составления 3дневного меню.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– составлять 3дневное меню для подростков 1315 лет с учетом их
индивидуальной физиологии и деятельности.
Примеры упражнений:
– составьте 3дневное меню для подростка 14 лет, занимающегося в
художественной школе.
Например:
248
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 4. Продукты питания и процессы старения человека.
Цель изучения темы: познакомить учащихся с достижениями науки
геронтологии и ювенологии. Обобщить и систематизировать знания по
курсу. Формировать интегральное мышление и естественнонаучное мировоззрение учащихся. Воспитывать положительное отношение школьников
к здоровому образу жизни.
Рассматриваемые вопросы:
Геронтология – наука о процессах старения человека. Ювенология
– наука о сохранении физической и умственной активности человека. Пища
долгожителей. Гомеостаз и продукты питания. Ограниченная диета.
Основные термины и понятия: геронтология, ювенология, гомеостаз,
диета.
Демонстрации: кодослайды по факторам, замедляющим и ускоряющим процессы старения.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– предмет изучения геронтологии и ювенологии;
– факторы, ускоряющие и замедляющие процессы старения человека.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– составлять диетический рацион питания при избыточном весе.
Рекомендуемая и использованная литература
Американское химическое общество. Химия и общество [текст]: Пер. с
англ. – М.: Мир, 1995. – 560 с.
Каменский, А.А. Биология. Введение в общую биологию и
экологию[текст]: Учебник для 9 кл. общеобразоват. учреждений/А.А.
Каменский, Е.А. Крискунов, В.В. Пасечник. – 5е изд., стереотип. – М.:
Дрофа, 2004. – 304 с.
Кузнецова, Н.Е. Химия [текст]: Учебник для учащихся 9 класса обще249
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образовательных учреждений./Н.Е. Кузнецова, И.М. Титова и др.– М.:
ВентанаГраф, 2001. – 320 с.
Ладодо, К.С. Продукты и блюда в детском питании [текст]/ К.С. Ладодо,
Л.В. Дружинина. – М.: Росагропромиздат, 1991. – 190 с.
Лямин, А.Н. Основы термодинамики и кинетики в курсе изучения химии в средней школе [текст]: Пособие для учителей./ А.Н. Лямин. – Киров:
издво ВГПУ, 200. – 172 с.
Макаров, К.А. Химия и здоровье [текст]: Кн. для внеклассного чтения
учащихся 810 классов сред. шк./ К.А. Макаров. – М.: Просвещение,
1985. – 144 с.
Ольгин, О.М. Опыт без взрывов [текст]/О.М. Ольгин. Изд. 4е. – М.:
Химия, 1995. – 176 с.
Тюкавкина, Н.А. Биоорганическая химия Учебник для вузов./ Н.А.
Тюкавкина, Ю.И. Бауков. – 2е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина,
1991. – 528 с.
Программа курса химии для 89 классов общеобразовательных учреждений естественнонаучного направления [текст] / Н.Е. Кузнецова, И.М.
Титова, А.Ю. Жегин. // Программы для общеобразовательных учреждений:
Химия. 811 кл. /Сост. Н.И. Габрусева, С.В. Суматохин. – 2е изд., доп.
– М.: Дрофа, 2001. – 288 с.
Творческая работа с элементами исследовательской деятельности
(аттестационная работа)
Форма – зачет.
Метод – эвристический.
ФОПД – индивидуальная.
Ход работы: за время изучения данного курса каждые две недели аккуратно
записывайте все, что съедаете. Исключить можно только простую или газированную воду (без сиропа). Количество пищи можно выражать в единицах
массы (граммы), объема (миллилитры, чашки, ложки) или в штуках (фрукты,
яйца и т.п.). Это будет ваш дневник питания.
Перед началом эксперимента определите свой вес с точностью до грамма.
Через первые две недели повторите взвешивание. Определите разницу в весе.
Используя ваши дневниковые записи за первые две недели и необходимые таблицы, подсчитайте, сколько каждого из перечисленных компонентов
(жиры, белки, углеводы, витамин С, кальций, железо) пищи вы потребили?
Сравните данные с рекомендуемыми нормами. Сделайте выводы.
Сопоставьте полученные данные с полученной разницей в вашем весе.
Сделайте выводы и скорректируйте питание на следующие две недели.
Полученные результаты по каждым двум неделям отображайте в виде
графика (изменение веса и изменение калорийности жиров, белков,
углеводов).
250
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Постарайтесь к концу обучения добиться оптимальных результатов
(с минимальной калорийностью оптимальное сочетание всех названных
компонентов. Соответствие своего веса росту) питания.
По окончании работы представьте оптимальный, на ваш взгляд,
рацион на неделю с приложением меню на каждый день.
Темы реферативных работ по изучаемому курсу
1. Несбалансированное питание и его последствия.
2. Ожирение – проблема или достижение современного развитого
общества.
3. Пища – смесь натуральных и синтетических веществ.
4. Белковое питание в профилактике и лечении ряда заболеваний.
5. Роль жиров в профилактике и лечении ряда заболеваний.
6. Витамины и минеральные вещества – необходимые компоненты
питания.
7. Пищевые добавки – необходимость или излишество.
8. Ограниченная диета – долгая жизнь.
9. Пища долгожителей.
10. Ювенология и диетология.
11. Проблема голода в мире.
12. Алкоголь – реальная угроза здоровью подростка и будущему поколению.
Реферат – обзор литературных источников по данной теме. Поэтому
при работе над ним учащийся должен использовать максимальное количество авторитетных изданий и в конце реферата привести их правильно
оформленный список. Реферат также должен включать содержание по
главам, пунктам и т.п. Объем реферата не должен превышать 2025 страниц
стандартного текста.
3.2.3. Программа элективного интегративного курса
«Энергоэнтропика – основа природных процессов»
«Во всех макроскопических системах
материального мира – живой и неживой
природы, техники, производства, науки
и т. д. непрерывно происходят изменения
энергии и энтропии, изучая которые
можно получить необходимые данные
о закономерностях функционирования
и развития этих систем».
И.В. Петрянов<Соколов, академик.
251
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пояснительная записка
Представленный программой элективный курс рассчитан на 68 учебных
часов, включает инвариантную и вариантную части и предназначен для реализации в системе среднего общего (профильного) образования.
Ведущая идея курса: формирование ключевых и базовых компетентностей
школьников как результат оптимальной интеграции естественнонаучных
дисциплин школьного курса, обеспечивающих профориентацию обучаемых
и мотивацию их дальнейшего профессионального образования и самообразования.
Главная дидактическая цель курса: интеграция и систематизация знаний
и умений школьников в системе естественнонаучного общего образования
посредством всеобъемлющего интеграционного центра – энергоэнтропийного учения, обеспечивающая формирование у обучаемых системных
знаний, интегрированных умений, интегрального стиля мышления, профориентации, устойчивых мотивов получения дальнейшего образования
и самообразования.
Задачи:
– формировать системные знания школьников о природных явлениях с позиций энергоэнтропийного учения как первопричины любого процесса;
– развивать интегрированные умения обучаемых по использованию
полученных знаний при решении поставленных проблем;
– формировать диалектикологическое интегральное мышление школьников через развитие их представлений об окружающем мире с энергоэнтропийных (материальных) и духовных позиций;
– развивать естественнонаучное представление учащихся о мире посредством формирования у них естественнонаучной картины мира в рамках
среднего общего образования;
– воспитывать у обучаемых положительноэмоциональное отношение
к учению через показ красоты процесса познания как ценности для каждого
человека, гуманное отношение к окружающему миру, ответственность за
принятие решений;
– развивать творческую активность подростка и устойчивые внутренние
мотивы учения;
– формировать навыки работы с информацией.
Структура курса: Инвариантная часть
Раздел I. «МАТЕРИЯ И ДВИЖЕНИЕ»
Тема 1. «Материя, ее виды и формы существования»,
Тема 2. «Движение материи»,
Тема 3. «Система естественных наук»;
Раздел II. «ЭНЕРГОЭНТРОПИКА»
Тема 1. «Энергия и энтропия»
Тема 2. «Термодинамика»,
252
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 3. «Первое и второе начала термодинамики»,
Тема 4. «Законы энергоэнтропики»;
Раздел III. «УЧЕНИЕ О САМООРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ»
Тема 1. «Неравновесная термодинамика»,
Тема 2. «Диссипативные структуры»,
Тема 3. «Синергетика»,
Тема 4. «Теория катастроф».
Вариативная часть
Раздел IV. «ЭНЕРГОЭНТРОПИЙНАЯ КАРТИНА ЖИЗНИ» (возможные варианты – «Информация и кибернетика сквозь призму энергоэнтропики», «Труд, потребности и психоэнергия», «Энергоэнтропика
материального производства», «Экономика, деньги, энергоэнтропика»,
«Социология и энергоэнтропика», «Мир с энергоэнтропийно меняющимся
лицом» и др.),
Тема 1. «Жизнь, биология, организм, биосфера»,
Тема 2. «Биоэнергетика»,
Тема 3. «Энергоэнтропийный цикл биосферы»,
Тема 4. «Энергоэнтропика и эволюция».
Дидактическое обеспечение курса:
Лямин, А. Н. Основы термодинамики и кинетики в курсе изучения химии в средней школе [Текст]: пособие для учителей / А. Н. Лямин. – Киров:
издво ВГПУ, 2000. – 172 с.; набор кодослайдов.
Объем курса: 68 учебных часов.
Тематический план курса
№ раздела/
темы
I
1
2
3
II
1
2
3
4
III
1
2
3
4
IV
1
2
3
4
Наименование раздела/темы
Материя и движение
Материя, ее виды и формы существования
Движение материи
Система естественных наук
Энергоэнтропика
Энергия и энтропия
Термодинамика
I и II начала термодинамики
Законы энергоэнтропики
Учение о самоорганизации материи
Неравновесная термодинамика
Диссипативные структуры
Синергетика
Теория катастроф
Энергоэнтропийная картина жизни
Жизнь, биология, организм, биосфера
Биоэнергетика
Энергоэнтропийный цикл биосферы
Энергоэнтропика и эволюция
Всего
Количество
учебных часов
10
4
4
2
24
4
8
10
2
10
2
4
2
2
24
1
16
2
5
68
253
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецификация учебных элементов
Раздел I. Материя и движение.
Тема 1. Материя, ее виды и формы существования.
Цель изучения темы: развитие представлений школьников о материальном начале Мира.
Рассматриваемые вопросы: материя. Основные виды материи (поле,
вещество, тело, человек, жизнь, общество и др.). Формы существования
материи – время и пространство. Материальные объекты.
Основные термины и понятия: материя; поле (гравитационное,
электромагнитное, сильное – ядерное, слабое); вещество (химическое
соединение, смесь, простое, сложное, материал, композит, природное,
искусственное, синтетическое); тело; время и пространство; мегамир;
макромир; микромир; масса и энергия.
Демонстрации: кодослайды, таблицы, модели и коллекции веществ.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определения основных понятий (см. выше);
– классификацию полей и веществ;
– взаимосвязь вещества и поля, времени и пространства, массы и
энергии;
– материальное единство мира;
– основные законы и категории диалектики.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– классифицировать вещества и поля;
– устанавливать логические связи между материальными объектами и
их взаимодействиями;
– объяснять материальность мира в контексте диалектических представлений.
Тема 2. Движение материи.
Цель изучения темы: формирование представлений школьников об
абсолютности движения как основном свойстве материи и об относительности покоя.
Рассматриваемые вопросы: движение. Основные формы движения материи (субатомное, химическое, физическое, биологическое, геологическое,
кибернетическое).
Основные термины и понятия: движение; система; процесс; материальный
носитель; статистические и управляющие системы; явление; реакция.
Демонстрации: кодослайды; таблицы; эксперименты «горение свечи» и
«нагревание нихромовой спирали под действием электротока».
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– определение и суть философской категории «движение», понятий
«процесс» и «материальный носитель»;
254
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– основные формы движения материи, их объекты и характеристики;
– статистическую природу процесса;
– признаки физических и химических процессов и их диалектическое
единство.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– по материальному носителю определять вид движения материи и
наоборот;
– различать физические и химические процессы;
– устанавливать причинноследственные связи явлений;
– объяснять диалектическое единство природных явлений (процессов).
Тема 3. Система естественных наук.
Цель изучения темы: формирование системы понятий о диалектическом
единстве естественных наук и соответствующих дисциплин.
Рассматриваемые вопросы: систематизация естественных наук, основанная на формах движения материи. Химия, физика, биология, география
– основные естественные науки. Наука и учебная дисциплина. Основные
выводы по разделу.
Основные термины и понятия: наука; учебная дисциплина; химия; физика; биология; география.
Демонстрации: кодослайды, таблицы.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные термины (см. выше);
– материальное единство естественных наук;
– принципы классификации естественных наук;
– диалектическое единство естественных наук;
– методы познания; материальные объекты; формы движения; учебные дисциплины, соответствующие естественным наукам.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– классифицировать естественные науки по объекту изучения и соответствующей форме движения материального носителя;
– определять основные естественные учебные дисциплины и науки,
выделять их существенные признаки;
– объяснять диалектическое и материальное единство, взаимосвязи
естественных наук.
Раздел II. Энергоэнтропика.
Тема 1. Энергия и энтропия.
Цель изучения темы: формирование и развитие представлений школьников об энергии как источнике всех деятельных сил и мере движения
всех видов материи и энтропии как меры рассеяния энергии и увели255
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
чения всех форм беспорядка, т. е. основных критериев (показателей)
материального мира.
Рассматриваемые вопросы: энергия и ее виды (потенциальная, кинетическая, внутренняя). Закон сохранения энергии – основной закон природы.
Постоянство энергии мира. Энтропия, ее виды (тепловая, структурная,
информационная, негэнтропия) и исторический аспект ее становления и
развития в науке.
Основные термины и понятия: энергия; потенциальная, кинетическая,
внутренняя энергия; полная энергия; энтропия; негэнтропия; вероятность;
статистичность.
Демонстрации: кодослайды, таблицы, эксперимент по наблюдению
броуновского движения.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные дефиниции (см. выше); математические уравнения, обозначения, размерности величин;
– энергетический и энтропийный смысл существования мира;
– диалектическую связь энергии и энтропии;
– исторический аспект открытия закона сохранения энергии.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– определять процесс (явление) с энергоэнтропийных позиций;
– использовать математические уравнения энергии и энтропии для
решения проблем;
– рационально перерабатывать и использовать информацию (СМИ,
Интернет, учебнонаучнопопулярную литературу и др.).
Тема 2. Термодинамика.
Цель изучения темы: обобщение, интеграция, систематизация и развитие знаний и умений школьников по использованию всеобщего учения о
теплоте и работе.
Рассматриваемые вопросы: термодинамика – часть энергоэнтропики. Термодинамические системы (открытые, закрытые, изолированные, адиабатные).
Термодинамические параметры системы (внешние, внутренние, экстенсивные,
интенсивные). Состояния систем (равновесное, метастабильное, стабильное,
неравновесное, стационарное). Процессы и их виды (самопроизвольные, несамопроизвольные, обратимые, квазистатические – равновесные, необратимые
– неравновесные). Условия обратимости процессов. Основной постулат термодинамики. Термодинамические функции (состояния – внутренняя энергия,
энтропия, температура, давление, объем и др., перехода – теплота и работа).
Изобарный, изохорный, изотермический, адиабатный процессы. Стандартные
и нормальные условия.
Основные термины и понятия: термодинамика; теплота; работа; системы
(открытые, закрытые, изолированные, адиабатные); термодинамические
256
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
параметры (внешние, внутренние, экстенсивные, интенсивные); состояния
(равновесное, стабильное, нестабильное, неравновесное, стационарное);
процессы (изотермические, изохорные, изобарные, адиабатные, самопроизвольные, несамопроизвольные, обратимые, необратимые, квазистатические,
неравновесные); стандартные и нормальные условия.
Демонстрации: таблицы, кодослайды.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные дефиниции, математические уравнения, обозначения,
размерности величин термодинамики – учения о теплоте и работе;
– взаимосвязь параметров и состояния системы;
– зависимость вида процесса от условий;
– основные термодинамические функции;
– параметры стандартных и нормальных условий;
– термодинамику как часть энергоэнтропики.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– определять вид системы и процесса по параметрам и условиям;
– описывать состояние системы и процесс, используя термодинамические функции и параметры;
– использовать полученные знания для решения различных проблем.
Тема 3. Первое и второе начала термодинамики.
Цель изучения темы: формирование у школьников представлений о
процессе как совокупности энергетического (возможность) и энтропийного
(вероятность) факторов.
Рассматриваемые вопросы: теплота и работа. Первое начало термодинамики как выражение закона сохранения энергии. I н. т. для
изобарного и изохорного процессов. Энтальпия. Изменение энтальпии
процесса. Взаимосвязь изменений энтальпии и внутренней энергии
системы. Закон Гесса. Энергия активации. Графическое моделирование
процесса. Второе начало термодинамики и его вероятностный характер. Совокупность I и II н. т. для описания обратимых и необратимых
процессов. Самопроизвольность процесса в заданном направлении.
Направление процесса. Изобарноизотермический потенциал (энергия
Гиббса). Максимальная полезная работа процесса. Экзоэнергетические
и эндоэнергетические процессы. Химическое и термодинамическое
равновесие.
Основные термины и понятия: теплота; работа; теплоемкость; работа
расширения и полезные виды работы; теплопроводность, конвекция,
излучение; энтальпия процесса; энтропия процесса; стандартные изменения энтальпии, энтропии, энергии Гиббса; энергетический эффект
процесса; максимальная работа процесса; полная энергия и скрытая
энергия процесса; изобарноизотермический потенциал; экзо и эндо257
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
энергетические процессы; химическое и термодинамическое равновесие;
кинетика.
Демонстрации: таблицы; кодослайды; эксперимент по взрыву смеси
перманганата калия и магния (см. пособие или текст 2.1.6.); эксперимент
по определению теплоты сгорания парафина (см. пособие).
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– процесс с позиций возможности и вероятности;
– теплоту и работу как функции перехода системы;
– I н. т. как выражение закона сохранения энергии и энергетический
(энтальпийный) фактор процесса (возможность);
– принцип минимума энергии как следствие первого начала термодинамики;
– причинноследственную связь энергии связи, внутренней энергии, изменения энтальпии, возможности процесса, энергетического
эффекта;
– энергию активации как следствие энергетического распределения
БольцманаМаксвелла;
– графики экзо и эндоэнергетических процессов;
– закон Гесса и следствия из него;
– II н. т. как вероятностный характер процесса;
– суммарное выражение I и II н. т. для обратимых и необратимых процессов;
– энергию Гиббса, максимальную работу процесса и его направление;
– условия направленности процесса;
– зависимость кинетики процесса от термодинамических параметров;
– диалектическое единство I и II н. т.;
– условия химического и термодинамического равновесных состояний;
– основные термодинамические функции (dH, dS, dG, dF, δQ, δW) их
математические выражения и операции с ними;
– ассоциацию процесса с производством, где энтропийный фактор
– директор, а энтальпийный (энергетический) – экономист.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– использовать уравнения и математические выражения для решения
различных проблем;
– объяснять процесс с энергоэнтропийных позиций как результат
действия возможности и вероятности (принцип минимума энергии и возрастания энтропии);
– использовать табличные значения при решении различных проблем;
– использовать знания о прохождении процесса в прикладном значении;
258
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– определять самопроизвольность процесса при заданных условиях и, наоборот, определять условия, необходимые для осуществления
процесса;
– прогнозировать результат взаимодействия;
– объяснять природные явления;
– проектировать свою деятельность по осуществлению какихлибо
процессов (определять условия, прогнозировать результат).
Тема 4. Законы энергоэнтропики.
Цель изучения темы: формирование знаний школьников об энергоэнтропике и ее законах как базы для изучения различных явлений в жизни
человека и умений использовать эти знания для решения жизненных проблем и принятия адекватных ответственных решений.
Рассматриваемые вопросы: энергоэнтропика как наука о системах и
процессах. Законы энергоэнтропики (1. Закон сохранения энергии; 2.
Закон возрастания энтропии; 3. Закон уменьшения энтропии открытых
развивающихся систем; 4. Закон предельного развития; 5. Закон конкуренции). Подведение итогов изучения раздела.
Основные понятия и термины: энергоэнтропика; законы энергоэнтропики; развитие.
Демонстрации: таблицы, кодослайды.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– энергоэнтропику как интегратор знаний о системах и процессах
(явлениях);
– законы энергоэнтропики и их приложение;
– общность методов познания окружающего мира.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– интегрировать и систематизировать знания об окружающем мире
(природе) посредством законов энергоэнтропики;
– объяснять природные явления с позиций энергоэнтропики.
Раздел III. Учение о самоорганизации материи.
Тема 1. Неравновесная термодинамика.
Цель изучения темы: формирование у школьников представлений о неравновесных процессах в открытых системах как объективной реальности
природы.
Рассматриваемые вопросы: реальные природные системы. Неравновесные процессы в открытых системах с позиции термодинамики. Теорема И.
Пригожина. Стационарное состояние в сравнении с равновесным состоянием.
Основные понятия и термины: неравновесный процесс; открытая
система; стационарное состояние; теорема И. Пригожина (Нобелевская
премия, 1977 г.).
259
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Демонстрации: таблицы, кодослайды.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– все природные системы открытые;
– неравновесные процессы как способ существования и развития открытых систем с позиции законов энергоэнтропики;
– теорему И. Пригожина и приложение ее к природным системам;
– положения неравновесной термодинамики как следствие классических законов энергоэнтропики;
– диалектическое единство реального и идеального.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– объяснять природные явления с позиций неравновесной термодинамики;
– отличать стационарное состояние системы.
Тема 2. Диссипативные структуры.
Цель изучения темы: формирование у школьников понятия «Диссипативные структуры» как одного из основных положений о самоорганизации
материи.
Рассматриваемые вопросы: диссипативная структура как открытая,
неравновесная, нелинейная по характеру система, способная приспосабливаться к внешним условиям (развиваться). Колебательные
нелинейные системы как модель диссипативных структур (реакция
БелоусоваЖаботинского).
Основные понятия: диссипативная структура; колебательная нелинейная система; нелинейные колебания и волны, осцилляторы, солитоны;
самоорганизация.
Демонстрации: кодослайды; эксперимент «Колебательные реакции
БриггсаРаушера».
Эксперимент.
Реактивы и оборудование: мерные цилиндры объемом 1 л – 3 шт., KJO3,
H2SO4 (конц.), малоновая кислота (МК), Н2О2 – 15% р-р, крахмал, MnSO4 ⋅
5H2O, H2O(дист.).
Ход эксперимента: в первом цилиндре (А) приготовить подкисленный
раствор иодата калия, для этого в 100 мл подогретой до 6070°С воды растворить 10,75 г соли и добавить 1 мл концентрированной серной кислоты.
Затем довести объем раствора в цилиндре до 250 мл водой.
Во втором цилиндре (В) приготовить раствор пероксида водорода, для
этого отмерить в цилиндре 198,33 мл пероксида водорода (15% рра) или 90
мл (33% рра Н2О2) и довести водой объем раствора до 250 мл.
В третьем цилиндре (С) приготовить раствор малоновой кислоты, для
этого в 100 мл воды растворить 3,9 г малоновой кислоты, 1,2 г пятиводного
сульфата марганца и несколько капель заранее приготовленного 0,03%
260
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
раствора крахмала (свежезаваренного), затем объем довести до 250 мл водой
(NB в целях оптимального катализирования процесса, рекомендуем в раствор
добавить несколько капель заранее приготовленного раствора соли церия, для
чего в 50 мл концентрированной серной кислоты растворить 8*10 штук кремней
для бытовых зажигалок).
Для демонстрации все растворы тщательно перемешать, а затем в
цилиндр (А), по возможности, синхронно вливаются растворы из цилиндров (В) и (С).
Через определенное время (зависит от температуры), порядка 515 с.,
в цилиндре (А) происходит периодическое изменение окраски – от рыжей,
через белую (бледножелтую) до темносиней и наоборот (до 2030 колебаний).
Если демонстрацию проводить с меньшими объемами растворов в
чашке Петри, то можно наблюдать волны (распространение периодически
меняющейся окраски по поверхности из точек бифуркации).
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– теорию диссипативных структур как пример открытых, неравновесных
систем, с происходящими в них нелинейными процессами;
– мир как способ существования диссипативных систем.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– объяснять существование природных систем с позиций диссипативных структур;
– моделировать диссипативные системы;
– проводить колебательные химические реакции как пример диссипативной структуры.
Раздел III.
Тема 3. Синергетика.
Цель изучения темы: формирование представлений школьников
о синергетике как науке, базирующейся на законах энергоэнтропики
и наиболее полно описывающей существование саморазвивающихся
систем.
Рассматриваемые вопросы: синергетика – наука о превращении хаоса в
порядок. Объект синергетики. Исторический аспект становления и развития синергетических представлений. Синергетический цикл. Положения
синергетической теории. Синергетическая модель, в основе которой лежит
утверждение о фундаментальности вероятностных закономерностей в развитии мира и всех его систем, при этом случайность и неопределенность
выступают как важнейшие свойства мироздания. Синергетические законы
в жизни человека.
Основные термины и понятия: синергетика; хаос; порядок; саморазвитие;
самоорганизация.
Демонстрации: кодослайды.
261
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные положения синергетической теории;
– основные дефиниции (см. выше);
– элементы синергетической картины мира.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– использовать положения синергетической теории для объяснения
самоорганизации природных и социальных систем.
Тема 4. Теория катастроф.
Цель изучения темы: ознакомление школьников с механизмами самоорганизации систем.
Рассматриваемые вопросы: теория катастроф. Скачок. Флуктуации.
Точки бифуркации. Самоорганизация материи. Нелинейные эффекты.
Релаксация. Общие положения самоорганизации социоприродных
систем.
Основные термины и понятия: теория катастроф; скачок; флуктуация;
точка бифуркации; время релаксации.
Демонстрации: кодослайды.
Учащиеся после изучения темы должна знать/понимать:
– основы учения о самоорганизации материи;
– основы обобщенной синергетической картины мира.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– использовать знания, полученные при изучении раздела для объяснения устройства мира (в рамках среднего общего образования) и решения
различных проблем.
Раздел IV. Энергоэнтропийная картина жизни.
Тема 1. Жизнь, биология, организм, биосфера.
Цель изучения темы: определение базовых понятий для рассмотрения
способов существования живых организмов с позиций законов энергоэнтропики и учения о самоорганизации материи.
Рассматриваемые вопросы: жизнь как философская категория. Организм
как открытая неравновесная самоорганизующая система. Биология как
естественная наука. Биосфера как область активной жизни.
Основные термины и понятия: орган, организм, жизнь, биосфера, биология.
Демонстрации: кодослайды.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные дефиниции (см. выше);
– интегративный характер рассматриваемых вопросов;
– существование жизни на планете как совокупность условий
самоорганизации открытых неравновесных систем в стационарном
состоянии.
262
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– использовать полученные знания для решения проблем различного
уровня.
Тема 2. Биоэнергетика.
Цель изучения темы: формирование системных знаний у школьников
о способах существования живых организмов с энергоэнтропийных позиций как открытых неравновесных стационарных систем, способных к
самоорганизации, и интегрированных умений школьников определять
условия существования организмов, использовать полученные знания для
адекватного ответственного поведения.
Рассматриваемые вопросы: биоэнергетика как внутренняя сущность
процессов жизнедеятельности организмов. Метаболизм как совокупность
химических реакций, обеспечивающих жизнедеятельность. Классификация
процессов метаболизма. Классификация организмов по способам ассимиляции. Обмен энергии в клетках организма посредством АТФ. Строение
молекулы АТФ. Взаимосвязь процессов анаболизма и катаболизма. Биосинтез АТФ. Трансформация энергии в аэробных и анаэробных условиях.
Биологическое окисление. Хемоавтотрофный анаболизм. Гетеротрофный
анаболизм. Фотоавтотрофный анаболизм (фотосинтез). Анаэробный катаболизм. Аэробный катаболизм. Модель механизма дыхания человека. ОВР
в клетках человека.
Основные термины и понятия: биоэнергетика; метаболизм; катаболизм;
анаболизм; хемосинтез; фотосинтез; ассимиляция; диссимиляция; автотрофы; гетеротрофы; продуценты; консументы; редуценты; биомолекулы; промолекулы; АТФ, АДФ, АМФ; фосфорилирование субстратное, ферментативное
и окислительное; биоокисление, фермент, кофермент, пища, ткани, железы,
секрет; фотоассимиляция, темновая фаза, световая фаза; железобактерии,
серобактерии, нитритобактерии, нитратобактерии; энергоэквивалент; брожение; гликолиз; дыхание внешнее и внутреннее; цитохром; эритроциты;
плазма крови; клетка; альвеолы.
Демонстрации: таблицы, кодослайды, модели.
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– основные дефиниции (см. выше);
– основы процессов ассимиляции и диссимиляции;
– классификацию организмов по способам питания;
– химические процессы, лежащие в основе метаболизма;
– основные ферменты и коферменты, участвующие в окислительновосстановительных процессах метаболизма;
– взаимосвязь процессов анаболизма и катаболизма;
– значение солнечной энергии как основы существования доминирующего большинства организмов;
263
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
– общую пищевую цепь организмов;
– организм как саморазвивающуюся открытую стационарную систему,
подчиняющуюся законам энергоэнтропики;
– систему сосуществования (взаимосвязей и отношений) живых организмов;
– условия существования и развития биосистем;
– нормы поведения, адекватные условиям существования биоорганизмов.
Учащиеся после изучения темы должны уметь:
– моделировать процессы жизнедеятельности организмов;
– писать уравнения химических процессов, лежащих в основе метаболизма;
– рассчитывать энергетические эффекты процессов и КПД организма
в целом;
– прогнозировать с позиций энергоэнтропики развитие живых организмов;
– прогнозировать и создавать оптимальные условия жизни биоорганизмам;
– адекватно осуществлять свою деятельность, принимать ответственные решения, использовать полученные знания при решении различных
проблем.
Тема 3. Энергоэнтропийный цикл биосферы.
Цель изучения темы: формирование у школьников естественнонаучной
картины природы.
Рассматриваемые вопросы: энергоэнтропийный цикл биосферы и его
моделирование. Основные выводы по устройству жизни на Земле.
Основные термины и понятия: энергоэнтропийный цикл биосферы;
модель.
Демонстрации: модель энергоэнтропийного цикла биосферы (см. рис.
3.2.1.).
Учащиеся после изучения темы должны знать/понимать:
– взаимосвязи и отношения биосистем в биосфере;
– уровни развития биоорганизмов с позиций энергоэнтропики;
– роль и место че