Проблемный эксперимент как одна из форм развивающего эксперимента при дифференцированном обучении учащихся химии

Проблемный эксперимент как одна из форм развивающего эксперимента при дифференцированном обучении учащихся химии

Учитель химии ВКК Желтова Н. Н.( Воронежская область,

Панинский район, МКОУ Перелешинская СОШ)

Существует четыре вида школьного химического эксперимента (демонстрационный, лабораторные опыты, практические занятия, тематические практикумы) и две основные формы его применения в учебном процессе (иллюстративный эксперимент и учебный исследовательский эксперимент).

Эксперимент в иллюстративной форме чаще всего проводят после ознакомления учащихся с изучаемым материалом и объяснения его с теоретической точки зрения. Перед проведением опыта разбирают и составляют уравнение реакции. Выполняемый вслед за этим эксперимент становится иллюстрацией к объяснению учителя, то есть формой практического доказательства правильности сведений, сообщаемых учителем. При такой форме эксперимента учащиеся получают готовые знания, почти не участвуя в процессе их выработки.

При использовании исследовательской формы химического эксперимента учащиеся, получив познавательную задачу, активно применяют свои знания и умения. Они обдумывают, как провести эксперимент, чтобы достичь поставленной цели, какие взять вещества, как сконструировать прибор, какие операции и в какой последовательности провести. Затем во время опыта,который проводится по определённому плану, они наблюдают за его ходом и анализируют полученные данные, объясняя их с теоретической точки зрения, делают выводы.

Среди организационных форм постановки химических опытов, приближающих учащихся к научному экспериментальному исследованию, на определённых этапах обучения может быть рассмотрена и такая форма, как проблемный эксперимент. Что следует понимать под проблемным экспериментом? Какова взаимосвязь между проблемным и исследовательским экспериментом? Каковы возможности применения проблемного эксперимента при изучении химии?

Ответы на эти вопросы можно получить, сформулировав само понятие «проблемный эксперимент». Проблемный эксперимент - это такая форма применения химического эксперимента в обучении, которая даёт возможность создать и организовать проблемную ситуацию, вызывая интерес учащихся к поиску причин наблюдаемого явления. Когда проведён нестандартный, оригинальный или неожиданный по наблюдаемым результатам эксперимент, то он своим содержанием или необычным направлением сразу создаёт проблемную ситуацию. После осознания проблемы учащиеся непроизвольно включаются в поисковую деятельность, которая требует от них нового, оригинального подхода или нового, неизвестного им ранее способа решения проблемы Поисковая мыслительная деятельность учащихся при этом может быть различной: анализ фактор, возникновение догадки, выдвижение гипотез, сопоставление новых данных с известными теориями, обобщения, получение нового знания. Дальнейшие исследования, к которым побуждает проблемный эксперимент, могут носить также различный характер - теоретические изыскания или исследовательский эксперимент.

Следовательно, проблемный и исследовательский эксперимент - понятия различные. Проблемный эксперимент ставит проблему в процессе обучения ( путем создания противоречий, введения элементов неожиданности и несоответствия), а исследовательский эксперимент направлен на её решение. Хотя нужно отметить, что исследовательский эксперимент тоже может приводить к созданию проблемных ситуаций, а они, в свою очередь, потребуют проведения новых или дополнительных исследований. Чтобы учащиеся могли провести какое-либо исследование, им нужно предложить проблемное задание, а само задание может быть, на основе как теоретического материала, так и проблемного эксперимента.

Таким образом, анализ способов применения различных форм школьного химического эксперимента позволяет сделать вывод о том, что помимо двух известных форм - иллюстративного и исследовательского эксперимента в современной школе возможно применение ещё одной новой формы - проблемного эксперимента.

Проблемный эксперимент как самостоятельная форма химического эксперимента применяется на различных этапах процесса обучения: при изучении нового материала, совершенствовании знаний, обобщении, повторении, закреплении или контроле знаний. Проблемные опыты можно не только включать в содержание уроков, но и применять на факультативных, кружковых занятиях, а также при индивидуальной работе с учащимися.

Разнообразная экспериментальная работа учащихся может содержать проблемные элементы или сложные экспериментальные задания, а также отличаться по объёму и уровню проблематичности в зависимости от характера работы, степени подготовленности учащихся, оснащения химической лаборатории и других факторов. Систематическое использование проблемных экспериментов в обучении при разумном их сочетании с традиционными экспериментальными работами учащихся - эффективное средство обучения и развития учащихся.Такие результаты достигаются потому, что при отсутствии заданной инструкции и при минимальной помощи со стороны учителя учащиеся могут проявить свои творческие способности и самостоятельность в максимальной степени. При использовании проблемного эксперимента на начальном этапе возникают трудности не только у учащихся, но и учителей. Впервые сталкиваясь с подобной формой эксперимента, учителя должны не только освоить методику проведения проблемных опытов, но и почувствовать интерес к новой форме работы, усилить и укрепить материальную базу химического кабинета, выявить возможности учащихся разных классов к такому способу обучения.

При систематическом использовании проблемных экспериментов на уроках возрастает значимость дифференцированного подхода, так как при таком способе обучения довольно быстро происходит расслоение класса на группы, выделяется группа наиболее способных учащихся, которые успешно справляются с заданиями и хотят попробовать свои силы в решении ещё более сложных задач. Таким образом, учитель, применяя проблемный эксперимент,

решает определённые вопросы индивидуализации процесса обучения. Именно это требуется от него для преодоления главного противоречия в классно - урочной системе - противоречия между коллективным характером обучения и индивидуальным способом усвоения знаний учащимися.

Выполнение проблемных опытов рассматривается как самостоятельная форма школьного химического эксперимента.

Рассмотрим проблемный эксперимент на основе взаимодействия щелочного металла лития с раствором сульфата меди(II).

Демонстрация учителем опыта взаимодействия лития с раствором этой соли даёт возможность установить образование в результате реакции водорода и осадка чёрного цвета, по предположению учащихся оксида меди(II).На доске выполняется следующая запись для характеристики первого опыта:

Li + CuSO₄ = H₂ + CuO

Раствор

Данный результат вступает в противоречие с представлениями учащихся о взаимодействии металлов с растворами солей и создаёт проблемную ситуацию.

Для разрешения проблемы выдвигается гипотеза о возможности протекания реакции активного металла с водой в растворе этой соли.

С целью обоснования гипотезы приводятся уравнения реакций взаимодействия лития с водой и взаимодействия образовавшейся щёлочи с раствором соли меди - это теоретические данные:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂ +Q;

2LiOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂ + Li₂SO₄.

Такой теоретический анализ обосновывает образование водорода и гидроксида меди(II), но остаётся неясным вопрос о получении оксида меди(II). Чтобы помочь учащимся разобраться в результатах проблемного опыта, предлагается им дополнительно понаблюдать за проведением исследовательских опытов по взаимодействию лития с растворами солей других металлов - магния, железа(III), никеля. Во всех этих опытах происходит образование водорода и выпадают осадки гидроксидов соответствующих металлов. Данные опыты очень эффектны и наглядно убеждают учащихся в том, что при действии активного щелочного металла на растворы взятых солей не происходит вытеснения менее активного металла, как они предполагали раньше, а образуются нерастворимые гидроксиды Объясняя опыты и составляя уравнения реакций, учащиеся должны учитывать, что щелочной металл активно взаимодействует с водой, образуя щёлочь и водород. Эта реакция экзотермичная и сопровождается выделением большого количества теплоты .Затем щёлочь реагирует с раствором соответствующей соли и получается нерастворимое в воде основание:

2Li + 2H₂O + MgCl₂ = Mg(OH)₂ + H₂ + 2LiCl;

6Li + 6H₂O + 2FeCl₃ = 2Fe(OH)₃ + 3H₂ + 6LiCl;

2Li + 2H₂O + NiCl₂ = Ni(OH)₂ + H₂ + 2LiCl.

Полученные экспериментальные данные и их теоретическое объяснение позволяют продолжить решение проблемной ситуации, возникшей при выполнении первого опыта. Учитель ставит вопрос: почему при выполнении этого опыта образуется не синий осадок гидроксида меди(II), а чёрный осадок оксида меди(II)? Учащиеся должны актуализировать свои знания о свойствах гидроксида меди(II) и выдвинуть ещё одну гипотезу: очевидно, гидроксид меди(II), который первоначально образуется при взаимодействии лития с раствором соли меди(II), в ходе опыта сразу разлагается под действием теплоты, выделяющейся при реакции лития с водой.

Для аргументирования данной гипотезы нужна дополнительная информация о температуре разложения гидроксида меди(II). По справочным данным учащиеся находят, что гидроксид меди(II) разлагается при температуре 50⁰C. Естественно, что у учащихся сразу возникает ещё один вопрос - о температуре, которая достигается при проведении опыта. Тогда целесообразно повторить опыт и измерить температуру раствора в верхней части пробирки. Выясняется, что температура раствора при проведении опыта в данных условиях достигает примерно 70⁰C, что вполне достаточно для разложения образующегося гидроксида меди(II). Это тоже исследовательский эксперимент.

Итак, установив все особенности опыта, проверив гипотезу и свои аргументы, пронаблюдав исследовательские эксперименты, учащиеся смогут дать полное объяснение необычному демонстрационному опыту и составить уравнения всех последовательно протекающих в растворе реакций:

2Li + 2H₂O = 2LiOH + H₂ + Q;

2LiOH + CuSO₄ = Cu(OH)₂ + Li₂SO₄;

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O,

Или в обобщённом виде:

2Li + 2H₂O + CuSO₄ = CuO + H₂O + H₂ + Li₂SO₄.

Для проверки найденного решения проблемы нужно провести ещё два проверочных демонстрационных опыта: сравнить действие: 1) лития и 2) нагревания - на гидроксид меди(II), полученный реакцией обмена. Опыты выполняют следующим образом. В двух пробирках реакцией обмена получают нерастворимый синий осадок гидроксида меди(II). В одну пробирку с осадком добавляют литий, а другую нагревают. И в том и в другом случае синий осадок гидроксида меди(II) разлагается с образованием чёрного осадка оксида меди(II).

Наблюдая проверочный опыт разложения гидроксида меди(II) при действии лития, учащиеся должны понять, что сначала литий реагирует с водой, при этом выделяется теплота, затем происходит разложение гидроксида меди(II), так же как, например, при нагревании на спиртовке. Уравнение реакций одинаковые:

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O,

Но источники теплоты разные. В первом случае - теплота реакции взаимодействия лития с водой, оказывается подтверждённой благодаря проверочному эксперименту. Ответ на ещё одну возникающую при проведении данных опытов с литием проблему: почему одни гидроксиды, образующиеся при действии лития на растворы солей, разлагаются, а другие нет, может быть получен при работе со справочниками в сочетании с проведением исследовательских опытов. Это тоже творческая работа, и она приводит к заключительному выводу, что только гидроксид меди(II), имеющий температуру разложения 50⁰C, способен при условиях опыта разлагаться. Гидроксиды железа (III), никеля не разлагаются, так как теплоты реакции взаимодействия лития с водой для их разложения недостаточно.

Итак, на данном примере отчётливо видно, что разнообразные проблемные ситуации, которые возникают в ходе проблемных демонстраций, показывающих отношение щелочного металла лития к растворам солей, могут постепенно разрешаться с помощью предлагаемой единой схемы.

Рассматривая различные формы химического эксперимента в проблемном обучении, можно сделать вывод, что наряду с иллюстративным экспериментом на уроках возможно и необходимо применение и проблемной формы выполнения химических опытов.

Главной задачей проблемного развивающего эксперимента на уроках химии является развитие мышления. Учащиеся глубоко вникают в сущность проводимых опытов, задумываются над их результатами и пытаются ответить на вопросы только в том случае, если эксперимент поражает воображение и сильно влияет на эмоциональную сферу.

Перед учителем химии стоит задача не только дать учащимся определённый круг знаний, но и привить экспериментальные умения и навыки. Этого можно достичь, если постоянно учитывать индивидуальные особенности и подготовку учащихся. В применении к химическому эксперименту это означает, что процесс обучения должен быть направлен на то, чтобы учащиеся умели не только правильно выполнять химический опыт, но и могли объяснять его сущность. Поэтому задача учителя - научить школьников чётко выполнять приёмы и операции, вникать в суть происходящих явлений, уметь правильно и логично объяснять увиденное. Классификация экспериментальных умений и навыков позволяет осуществлять в ходе проведения эксперимента индивидуально - дифференцированный подход к учащимся в зависимости от их потенциальных трудовых возможностей.

Психолого - педагогическое обоснование дифференцированного подхода при проведении химического эксперимента обусловлено следующими факторами:

1.Разной трудовой подготовкой учащихся к началу проведения эксперимента;

2.Различным отношением учащихся к труду;

3.Неодинаковым уровнем способностей школьников к изучению предмета »Химия»;

4. Различным уровнем возможностей в усвоении тех или иных приёмов, операций.

5.Различным состоянием темпа работы у учащихся;

6.Различным уровнем самоконтроля и возможностями устранения неисправностей по ходу выполнения опыта.

Вопросы, связанные с формированием экспериментальных умений и навыков, а также развитием мышления у учащихся, необходимо решать на основе возрастающей их самостоятельности, обеспечивающей активную работу школьников.