В.Я.Вивюрский.Методика химического эксперимента в средней школе (часть 10)

МЕТОДИКА ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

§ 3.4. Решение экспериментальных задач

Для активизации познавательной деятельности учащихся с успехом можно применять один из видов химического эксперимента – решение экспериментальных задач. Эта работа вырабатывает экспериментальные умения и навыки, без которых невозможно усвоить основы курса химии. Кроме того, в процессе решения ребята применяют усвоенные теоретические знания в сходных или новых условиях.
Подробно о методике их использования в процессе обучения химии см. методический лекторий «Экспериментальные задачи» («Химия», 1999, № 14).
§ 3.5. Мысленный эксперимент

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Фото Л.Ларионовой

В средних учебных заведениях в процессе обучения химии преподаватели нередко используют мысленный эксперимент. Он предполагает, что учащиеся на основе уже имеющихся знаний могут мысленно представить, как осуществить химический эксперимент.
Мысленный эксперимент целесообразно проводить с учениками старшего возраста, у которых, как правило, уже развито абстрактное мышление, они владеют многими мыслительными операциями, такими, как анализ, синтез, сравнение, абстракция и другими, умеют провести реальный эксперимент.
Рассмотрим методику проведения такого эксперимента. Суть эксперимента воспринимается и усваивается успешнее, если его формировать на опытах, которые можно выполнять в двух вариантах. Сначала проводят один опыт как реальный эксперимент, а затем по аналогии с ним осуществляют второй – как мысленный.
Так, при изучении химических свойств оксида углерода(IV) преподаватель демонстрирует его окислительные свойства с магнием в виде ленты. На следующем уроке учащимся предлагают мысленно представить, как проводился этот опыт. После недолгой паузы ребята поднимают руки и рассказывают об особенностях проведения этого опыта. Если рассказ не вызывает замечаний, ученик проводит опыт за демонстрационным столом. Весь класс внимательно следит за качеством выполнения опыта, а затем все одобряют или высказывают свои замечания. Опыт несложный, и обычно его выполняют, не допуская ошибок.
Далее преподаватель ставит проблему: как показать это же свойство оксида углерода(IV) с порошком магния? Ребята не могут сразу решить эту проблему. Но поставленная задача заставляет их рассуждать «про себя», чтобы определить, как проводить опыт, рассказать об этом и затем попробовать его осуществить.
По аналогии с опытом взаимодействия оксида углерода(IV) с магнием в виде ленты учащиеся мысленно решают эту проблему примерно так. Порошок магния в отличие от ленты не возьмешь тигельными щипцами, чтобы его зажечь. Значит, его следует нагревать, чтобы он загорелся. Это обязательно должно произойти, т. к. лента магния сразу после внесения в пламя газовой горелки (спиртовки) загорается. Но как это сделать? Вероятно, лучше всего насыпать порошок магния на дно пробирки и укрепить ее в лапке лабораторного штатива. Но как? Вертикально, под углом или горизонтально? Несмотря на то, что оксид углерода(IV) почти в 1,5 раза тяжелее воздуха, укреплять пробирку с порошком магния следует все же горизонтально, чтобы предупредить его улетучивание.
В предыдущем опыте можно было наблюдать, что в наполненную оксидом углерода(IV) стеклянную банку или химический стакан вносили быстро подожженную ленту магния. Это давало возможность использовать весь оксид углерода, находящийся в сосуде. Объем пробирки по сравнению с банкой или стаканом небольшой, и для проведения опыта, естественно, оксида углерода(IV) будет недостаточно, поэтому он должен поступать постоянно в пробирку.
Для этого необходимо собрать прибор для получения оксида углерода(IV) и укрепить его в лабораторном штативе. Подготовить кусочки мрамора или известняка, раствор соляной кислоты (1:4), газовую горелку и насыпать в пробирку 1–2 г порошка магния. Кусочки мела, а тем более его порошок использовать не следует, т. к. с ним реакция протекает очень энергично, иногда с выбрасыванием пены из прибора. При такой скорости полностью использовать выделяющийся оксид углерода(IV) не представляется возможным. Мрамор и известняк реагируют медленно, спокойно, и этот оксид заполняет пробирку в течение всего опыта.
При сборке всей установки для опыта необходимо, чтобы газоотводная трубка прибора достигала почти дна пробирки с порошком магния. В результате горения порошка магния в оксиде углерода(IV) должен образоваться углерод (уголь) и белого цвета оксид магния.
После коллективного обсуждения хода мысленного опыта и одобрения его всеми учащимися один из них его проводит. Все остальные внимательно следят за сборкой установки, ходом процесса и получением продуктов.
Ученики видят, что только после сильного нагревания магния докрасна он загорелся в оксиде углерода(IV), образовался уголь в смеси с оксидом магния и порошок имеет черный цвет.
После окончания опыта учащиеся составляют уравнение реакции между оксидом углерода(IV) и магнием и отмечают, что она относится к окислительно-восстановительным, делают в тетрадях рисунок установки.
Обсуждая результаты опыта, приходят к выводу, что мысленный эксперимент полностью подтвердился: порошок магния загорелся при сильном нагревании; оксида углерода было достаточно для проведения опыта благодаря непрерывному его поступлению из прибора; образовались предполагаемые продукты реакции – углерод и оксид магния.
На вопрос преподавателя «Какому из опытов можно отдать предпочтение?» учащиеся отвечают, что оба хорошо раскрывают сущность процесса и являются в одинаковой мере доказательными, т. к. хорошо видны продукты реакции. В то же время опыт взаимодействия оксида углерода(IV) с лентой магния более эффективен, требует быстрого его проведения. Но при его выполнении используется меньше операций и экспериментальных умений и навыков. Наоборот, опыт с порошком магния требует более тщательной подготовки, и при его проведении осуществляется сборка прибора, готовятся реактивы и оборудование, больше применяется операций и экспериментальных умений и навыков.
После выработки у школьников умения решать мысленный эксперимент коллективно его можно предлагать выполнять группам или отдельным ученикам. Иногда его можно использовать в качестве домашних заданий.
Задача преподавателя при объяснении учащимся сути мысленного эксперимента – постоянно следить за ходом их рассуждений и развитием абстрактного мышления. В то время как ребята проверяют свои предположения в реальном эксперименте, преподаватель наблюдает за тем, как они собирают прибор, укрепляют его, зажигают горелку (спиртовку), нагревают пробирку с веществами и др. Если ребята допускают неточности или ошибки при конструировании установки, выполнении операций, преподаватель говорит им об этом, чтобы они самостоятельно исправляли свои недочеты.
Мысленный эксперимент, как видно из приведенного примера, состоит из собственно мысленного эксперимента и реального эксперимента. Первый занимает очень мало времени, особенно если его часто используют на уроках и у многих учеников в классе хорошо развито абстрактное мышление. Время проведения второго реального эксперимента зависит от уровня владения школьниками экспериментальными умениями и навыками.
В связи с этим в зависимости от степени развития и подготовки школьников, а также дидактической цели занятия, мысленный эксперимент можно проводить на всех этапах урока в виде фронтальной, групповой или индивидуальной форм работы. Особенно целесообразно его использовать, когда по какой-либо объективной причине химический кабинет не укомплектован необходимым оборудованием, реактивами и принадлежностями. В таких случаях критерием правильности мысленного эксперимента, предложенного учащимися, будут знания преподавателя или инструкции к эксперименту в учебнике.
Таким образом, систематическое проведение «чистого» мысленного эксперимента всегда будет оправдано тем, что он развивает абстрактное мышление и пространственное воображение, которые будут так необходимы ребятам в жизни.

В.Я.ВИВЮРСКИЙ