ОГЛАВЛЕНИЕ
Функции и формы школьного химического эксперимента
Требования к учебному оборудованию, предназначенному для постанов ки химических опытов
Функции школьного химического эксперимента
Формы школьного химического эксперимента
Требования к учебному оборудованию для школьного химического эксперимента
Постановка демонстрационных опытов
Оборудование для демонстрационных опытов,
Специализированные приборы, аппараты, установка
1. Приборы для демонстрации опытов с вредными для здоровья веществами без вытяжных устройств
2. Набор для демонстрации опытов по электрохимии
3. Приборы для демонстрации опытов с использованием электри ческого тока высокого напряжения
4. Пьезоэлектрический источник высокого напряжения
5. Прибор для демонстрации зависимости скорости химической ре акции от различных условий
6. Приборы для получения галоидоалканов и сложных эфиров
7. Оборудование для проецирования опытов и предметов на экран
8. Приставка к графопроектору для демонстрации количественных опытов
9. Измерительные приборы
10. Электронагревательные приборы
11. Комплект электроснабжения кабинета химии КЭХ-10
Демонстрационные опыты в типовых приборах и установках
Синтез хлороводорода п получение соляной кислоты
Получение оксида серы (IV) и окисление его до оксида серы
Синтез аммиака
Каталитическое окисление аммиака
Получение аммиачной селитры
Взаимодействие железа с водой
Изучение электрохимического ряда напряжений металлов
Коррозия металлов и защита от коррозии
Каталитическое разложение пероксида водорода
Крекинг керосина
Демонстрационный эксперимент в специальных приборах и установка
Иллюстрация закона сохранения массы веществ
Определение содержании кислорода в воздухе
Перегонка жидкости
Синтез воды
Диффузия газов через пористый сосуд
Адсорбция
Электролиз воды и водных растворов
Определение электрической проводимости веществ
Наблюдение за движением ионов
Опыты в электрических разрядах
Получение озоиа
Получение оксидов азота из воздуха
Разложение метана в искровом разряде
Изучение тепловых явлений
Зависимость скорости химической реакции от условий
Опыты с токсичными веществами
Получение галондоалкапов и сложных эфиров
Количественные опыты, проецируемые на экран
Техника и методика ученического эксперимента
Характеристика оборудования для ученического эксперимента 103
Лабораторные опыты и практические занятия 113
Тема 1. Первоначальные химические понятия
Практическое занятие. Ознакомление с лабораторным оборудоаани см. Правила техники безопасности при работе в химическом каби
поте
Практическое занятие. Приемы обращения с вом н нагревательными приборами
Лабораторная работа. Рассмотрение веществ ческимн свойствами
Практическое занятие. Очистка загрязненной
Тема 2. Кислород, оксиды, горение
Практическое занятие. Получение и свойства кислорода
Тема 3. Водород, кислород, соли
Лабораторная работа. Получениеводорода и изучение его свойств
Практическое занятие. Реакция обмена между оксидом меди (11) и серной кислотой 136
Тема 4. Вода, растворы, основания 138
Лабораторный опыт. Электролизводы
Практическое занятие. Приготовление раствора с определенной массовой долей рас: зоренного вещества и заданной молярной концентрацией 139
Тема 5. Обобщение сведений о важнейших классах неорганических соединений 141
Решение экспериментальных задач по теме: Обобщение сведений о важнейших классах неорганическихсоединений
Тема 8. Галогены 142
Лабораторный опыт. Вытеснение галогенов друг другом из растворов их соединений
Практическое занятие. Получение соляной кислоты н опыты с ней 143 Практическое занятие. Решение экспериментальных задач по теме «Галогены» 146
Тема 1. Электролитическая диссоциация
Лабораторные опыты. Испытание веществ на электрическую проводимость
Лабораторный опыт. Движение ионов в электрическом поле
Практическое занятие. Решение экспериментальных задач по теме «Электролитическая диссоциация»
Тема 2. Подгруппа кислорода
Лабораторный опыт. Получение и свойства озона.
Практическое занятие. Решение экспериментальных задач по теме «Подгруппа кислорода»
Тема 3. Основные закономерности химических реакций. Производство серной кислоты 155
Лабораторная работа. Зависимость скорости химических реакций от условий
Тема 4. Подгруппа азота
Лабораторные опыты. Ознакомление с азотными и фосфорными удобрениями.
Практическое занятие. Получение аммиака и опыты с ним, Озна комление со свойствами водного раствора аммиака Практическое занятие. Определение минеральных удобрений Практическое занятие. Решение экспериментальных задач по теме «Подгруппа азота»
Тема 5. Подгруппа углерода
Практическое занятие. Получение оксида углерода и изучение его свойств
Распознавание карбонатов
Тема 6. Общие свойства металлов
Лабораторный опыт. Электролиз растворов хлорида меди (П) и иодида калия
Лабораторный опыт. Электрохимическая коррозия металлов Практическое занятие. Решение экспериментальных задач по разделам «Щелочные металлы. Кальций»
Практическое занятие. Железо и его соединения Практическое занятие. Решение экспериментальных задач по темам 6, 7, 8
Тема 2. Предельные углеводороды
Практическое занятие. Качественное определение углерода, водоро да и хлора в органических веществах
Тема 3. Непредельные углеводороды
Практическое занятие. Получение этилена и опыты с ним
Тема 6. Спирты и фенолы
Практическое занятие. Синтез бромэтапа из спирта
Тема 7. Альдегиды и карбоновые кислоты
Практическое занятие. Получение и свойства карбоновых кислот Практическое занятие. Решение экспериментальных задач па распознавание органических веществ
Тема 8. Сложные эфиры. Жиры
Практическое занятие. Синтез уксусно-этилового эфира Практическое занятие Решение экспериментальных задач на полученпе н распознавание органических веществ
Тема 12. Синтетические высокомолекулярные вещества и полимерные материалы па их основе
Лабораторные опыты. Опыты с образцами термопластичных полимеров
Практическое занятие. Распознавание пластмасс
Лабораторные опыты. Отношение синтетических волокон к растворам кислот и щелочей
Практическое занятие. Распознавание волокон
Практические занятия. Решение экспериментальных задач по пройденному курсу
Общая химии
Тема 2. Строение вещества
Лабораторные опыты. Получение и свойства комплексных соодн неннй меди, цинка, алюминия, серебра п железа
Практикум
Работа 1. Определение эквивалентной массы цинка
Работа 2. Определение молярной массы оксида углерода (IV)
Работа 3. Умягчение воды с помощью ионитов
Работа 4. Гндролиз солен
Работа 5. Исследование реакционной способности металлов полумикрометодом
Работа 6. Изготовление гальванического элемента 206
Работа 7. Определение химической активности кислот и сравнение со степенью их диссоциации 207
Работа 8. Исследование эффектипности действияингибиторов 208
Работа 9. Определение теплоты растворения 210
Работа 10. Определение теплоты гидратации 211
Работа 11. Гидролиз крахмала 212
Работа 12. Получение этана электролизом раствора ацетата натрия 213
Работа 13. Получение сульфата тетраамминмеди (II) 214
Приложения 216
Литература для учителя 235
ВВЕДЕНИЕ
Преподавание основ химии в школе не может совершенствоваться без соответствующей организации школьного химического эксперимента.
Химический эксперимент - источник знания о веществе и химической реакции - важное условие активизации познавательной деятельности учащихся, воспитания устойчивого интереса к предмету, формирования диалектико-материалистического мировоззрения, а также представлений о практическом применении химических знаний.
В усовершенствованной программе по химии усилена роль всех видов школьного химического эксперимента, особенно ученического.
Реализация экспериментальной части программы требует от учителя химии высокой и всесторонней профессиональной подготовки, глубокого понимания роли химического эксперимента в учебно-воспитательном процессе, творческой активности в применении эффективных методов обучения.
Разумеется, для проведения эксперимента на высоком научно-теоретическом и методическом уровне необходимо разнообразное оборудование, в том числе и новейшие технические средства.
Наличие комплекса учебного оборудования, необходимого для реализации программы по химии, умение учителя рационально и эффективно его использовать, отобрать необходимые средства для урока, самостоятельно изготовить некоторые из них и грамотно включить в урок также составляют важнейшие условия организации химического эксперимента в школе.
В книге основное внимание уделяется вопросам материального обеспечения школьного химического эксперимента, влиянию научно-технического прогресса на современное оборудование, технику и методику проведения различных видов эксперимента с использованием традиционного и нового оборудования.
В пособии нашли отражение требования школьной реформы к эксперименту по химии, а именно: включить новое оборудование для химического эксперимента, разработанное с учетом научно-технических достижений и передового опыта школ; показать организацию и проведение химического эксперимента на основе комплектов и наборов унифицированных узлов и деталей для монтажа различных приборов и установок; предусмотреть вариативность постановки химического эксперимента, осуществляемого с помощью нового и модернизированного оборудования, а также с учетом локальных условий и требований, предъявляемых к само-оборудованию, имеющему особенно важное значение в обучении химии; выявить возможности использования различного оборудования для осуществления межпредметных связей.
Все это направлено на оптимизацию обучения химии и предусматривает: сокращение времени на подготовку и проведение эксперимента; удобство, надежность, безопасность проведения химических опытов; расширение дидактических возможностей ученического эксперимента.
В методической литературе химическому эксперименту уделено значительное внимание Характеристика химического эксперимента проводится в трех аспектах: оборудование школьного химического эксперимента; техника эксперимента; методика проведения эксперимента. Несмотря на некоторые различия этих трудов, в них рассматриваются техника и методика эксперимента одновременно.
В данном пособии для ознакомления учителей с современным арсеналом оборудования для химического эксперимента характеристика учебно-материальной базы демонстрационного и ученического эксперимента дана отдельно от методики и техники выполнения опытов, многие из которых могут быть проведены с помощью наборов и в приборах полифункционального назначения. Характеристика учебно-материальной базы химического эксперимента включает модернизированные, новые и наиболее важные перспективные разработки оборудования, создаваемые на основе практики школ, анализа советской и зарубежной литературы по данной проблеме, а также научно-исследовательской работы НИИ ШОТСО АПН СССР.
Поскольку вопросы оборудования школьной химической лаборатории достаточно полно изложены в книге «Кабинет химии» , в данном пособии будет обращено внимание лишь на те требования к кабинету и его оснащению, которые определяют включение нового и модернизированного оборудования.
Книга рассчитана на учителей химии, знакомых с техникой лабораторных работ. Поэтому в ней не содержится указаний по выполнению элементарных операций. В случае затруднений читатели смогут обратиться к многочисленным руководствам по технике лабораторных работ, например, к книге П. И. Воскресенского «Техника лабораторных работ» . Тем не менее, когда рекомендуются новые опыты или опыты с модернизированным оборудованием, указания по их выполнению даются достаточно подробно. Во всех случаях обращено большое внимание на условия, обеспечивающие безопасное выполнение опытов.
В пособии представлены опыты, включенные в школьную программу по химии, а также выходящие за ее рамки. Учитель может использовать их на факультативных занятиях и во внеурочной работе. Предлагаемые варианты опытов дают возможность расширить использование эксперимента в различных условиях, изучить особенности химических процессов, представить их разнопла-новб. Такой подход позволит учителям более эффективно использовать химический эксперимент с учетом конкретных условий каждой школы.
Цифры в квадратных скобках - номера литературных источников, приведенных в конце кннги.
ФУНКЦИИ И ФОРМЫ школьного ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. ТРЕБОВАНИЯ К УЧЕБНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ, ПРЕДНАЗНАЧЕННОМУ ДЛЯ ПОСТАНОВКИ ХИМИЧЕСКИХ ОПЫТОВ
ФУНКЦИИ ШКОЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Эксперимент позволяет выделить и изучить наиболее существенные стороны объекта или явления с помощью различных инструментов, приборов, технических средств в заданных условиях. Эксперимент может быть повторен исследователем в случае необходимости. Это в значительной мере определяет основную функцию научного эксперимента: получение достоверных данных об окружающей действительности. Учебный эксперимент отличается от научного тем, что результаты его известны, условия его проведения подобраны так, что в процессе проведения опытов или их наблюдения учащиеся должны обнаружить известные признаки реакции и прийти к ожидаемым результатам.
Учебный эксперимент технически более прост и, как правило, ограничен во времени. В школьном курсе химии эксперимент является своеобразным объектом изучения, методом.исследования, источником и средством нового знания. Для него характерны три основных функции: познавательная - для усвоения основ химии, постановки и решения практических проблем, выявление значения химии в современной жизни; воспитывающая - для формирования материалистического мировоззрения, убежденности, идейной потребности к труду, ориентации учащихся на рабочие профессии; развивающая - для приобретения и совершенствования общенаучных и практических умений и навыков.
Химические реакции - основной объект изучения химии. Эксперимент и связанные с ним наблюдения необходимы уже при формировании первоначальных химических понятий. Их роль возрастает при изучении теоретических вопросов химии (закон сохранения массы веществ, закономерности течения химических реакций и др.), при определении свойств простых веществ и соединений элементов I - VIII групп периодической системы, важнейших классов органических веществ, а также при выявлении генетической связи важнейших классов неорганических и органических веществ.
Ознакомление с химическим экспериментом как методом науч-_ ного исследования, овладение навыками химического экспериментирования для добывания новых знаний и применения их в практической деятельности играют важную роль для формирования материалистического мировоззрения учащихся, уяснения роли науки и научных фактов в строительстве коммунистического общества.
Важное учебно-воспитательное значение имеет школьный химический эксперимент и для политехнической подготовки учащихся: ознакомление их с основами химического производства, его особенностями, условиями протекания химических реакций, химизацией народного хозяйства.
На основе восприятия наблюдаемых явлений у учащихся формируются представления, а затем понятия. Такой индуктивный путь познания свойствен первоначальному этапу обучения химии. Постепенно этот сравнительно медленный путь познания дополняется другим - дедуктивным. После того как учащиеся вооружились теорией, приобрели практические умения и навыки, эксперимент становится не только источником знаний новых фактов, но и методом проверки суждений, нахождения неизвестного (например, при решении экспериментальных задач).
Один и тот же эксперимент на разном уровне подготовки учащихся используется неодинаково. Из этого следует, что химические опыты целесообразно повторять, обращая особое внимание на те их стороны, которые являются предметом изучения в данной учебной ситуации.
В одних экспериментах явление доступно непосредственному восприятию. В других - изучаемые предметы и явления не воспринимаются непосредственно органами чувств и могут быть обнаружены только с помощью приборов или специальных инструментов.
Для понимания сущности изучаемого предмета или явления химический эксперимент часто дополняют другими средствами наглядности - таблицами, моделями, экранными пособиями.
Таким образом, химический эксперимент пронизывает все темы школьного курса химии, способствуя раскрытию его содержания и являясь своеобразным методом обучения. Для успешного проявления познавательной, воспитывающей и развивающей функций химического эксперимента важную роль играют его техническое оснащение, рациональная организация постановки опытов и включения их в учебный процесс.
Очевидно, что эффективность эксперимента зависит от: постановки конкретной цели и задачи, которые должны быть решены с помощью опыта; построения рационального плана наблюдения; умения фиксировать результаты наблюдения; умения анализировать и обобщать полученные данные; наличия и рационального отбора инструментов и средств, с помощью которых учитель стимулирует и управляет наблюдением учащихся. Поэтому организация целенаправленного наблюдения, формирование навыка ^наблюдения, умения осмысливать результаты наблюдений и сохранять в памяти переработанную информацию составляют одну из важнейших задач химического эксперимента.
Осмысливание, понимание учебного материала предусматривают не только регистрацию и накопление данных наблюдений и экспериментов, но и их правильное толкование, установление причинно-следственных связей, закономерностей, сущности изучаемых предметов и явлений. Успех работы в значительной мере зависит от того, насколько правильно определены характер деятельности учителя и учащихся, место химического эксперимента, наиболее целесообразные формы и приемы его осуществления на уроках.
ФОРМЫ ШКОЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В практике обучения химии традиционно принято деление химического эксперимента на демонстрационный, осуществляемый учителем, и ученический, выполняемый школьниками в виде лабораторных опытов, практических занятий, решения экспериментальных задач . В основу этой классификации положена деятельность учителя и учащихся.
Демонстрации применяются прежде всего в тех случаях, когда учащиеся ранее не встречались с изучаемыми предметами и явлениями и не подготовлены к наблюдению. В этих случаях следует не только показать изучаемый объект, но и организовать наблюдение, направить его в нужное русло. Учащиеся не всегда воспринимают то, что необходимо, даже при хорошей видимости объекта или явления, если наблюдение не организовано.
Демонстрация необходима, если изучаемые объекты опасны или сложны и не- могут быть, следовательно, использованы для самостоятельной работы учащимися.
Правильное проведение демонстраций на уроках химии - необходимая предпосылка для организации различного рода самостоятельных работ. В процессе демонстрации, особенно демонстрационного эксперимента, учитель организует наблюдение учащихся, показывает правильные приемы обращения с лабораторным оборудованием, фиксирует внимание учащихся на целесообразности и принципе действия его, условиях проведения опытов, технике безопасности.
Демонстрация является своеобразным наглядным инструктажем, на который учителю в процессе обучения приходится затрачивать немало времени. Наглядный инструктаж, основанный на подражании учителю, реализуемый с помощью различных пособий, в том числе приборов, таблиц, схем, экранных средств, сокращает время на формирование умений и.навыков химического эксперимента и способствует правильному выполнению ученического эксперимента.
Ведущая роль демонстрации остается и в том случае, когда отведенное учебным планом время не позволяет организовать самостоятельную работу, на которую обычно затрачивается в два-три раза больше времени, чем на демонстрацию. Недостаток учебного оборудования для постановки ученического эксперимента,слабая организация химического кабинета, не позволяющая проводить должным образом самостоятельные работы, также заставляют учителя обращаться к демонстрационным опытам.
Ученический эксперимент составляют лабораторные опыты, выполняемые фронтально или группой в процессе изучения, закрепления и проверки нового материала, а также практические занятия, решение экспериментальных задач по вариантам после изучения отдельных тем программы. Перспективной формой является практикум, проводимый в виде отдельных обобщающих работ после завершения всего курса химии. Особое место занимает эксперимент на факультативных занятиях и во внеурочной работе.
В химическом эксперименте, как демонстрационном, так и ученическом, используют различные массы взятых для опытов веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии, для чего требуется соответствующее оборудование и умение с ним обращаться.
Условно различают следующие массы взятого для работы вещества: макроколичества (0,05 - 0,5 г), полумикроколичества (0,01 - 0,05 г), микроколичества (0,1 - 10 мг). В связи с этим говорят о макро-, полумикро- и микрометодах определения (анализа) вещества. Во всех этих случаях осуществляют одни и те же химические реакции, применяют одинаковые концентрации растворов, но в разных объемах и разной по габаритам аппаратуре. Так, в полумикрометоде используют объемы 0,1 - 1 мл раствора, для чего служат миниатюрные пипетки, бюретки, пробирки (конические), фарфоровые или стеклянные пластины с углублениями (для капельного анализа), реактивные бумажные полоски (например, индикаторные).
Как известно, в ученическом эксперименте традиционно используют макрометод, в котором применяют обычные пробирки и составляемые на их основе приборы. В последнее время наряду с макрометодом школьные кабинеты химии оборудуют приспособлениями для проведения опытов с малыми количествами веществ в пробирках малого размера, на стеклянных или фарфоровых пластинах с углублениями и др. .
Метод малых количеств веществ позволяет сочетать в ученическом эксперименте макрометод и капельный анализ, при этом достигается максимальная безопасность опытов и их наглядность. Твердые реагенты берут специальными ложками-дозаторами. Масса реагентов в среднем не превышает 1 - 1,5 г (один дозатор содержит в среднем 0,5 г сухого вещества). Отмеривание жидких веществ осуществляют с помощью пипеток, позволяющих брать от 1 - 2 капель до 5 мл (примерный объем целой пипетки - 1 мл).
Работа с малыми количествами веществ имеет преимущества перед макрометодом: сокращается время проведения опыта, уменьшается расход реактивов и материалов, открывается возможность использования дорогих и особо чистых реактивов.
Малые количества веществ используют также и в демонстрационном эксперименте, если проецировать опыты на экран (например, в чашках Петри с помощью графопроектора).
При характеристике эксперимента учитывают не только массы, но и особенности проведения физических, физико-химических и химических операций с твердыми, жидкими и газообразными веществами.
В школьной химической лаборатории при подготовке эксперимента на уроках, факультативных, кружковых занятиях учитель, лаборант, учащиеся проводят перечисленные выше операции. Знание этих операций и правильных приемов их выполнения необходимо для отбора оборудования, грамотного монтажа приборов и установок, безопасного выполнения опытов .
Операции с твердыми веществами: взвешивание, высушивание, возгонка (сублимация), измельчение, крекинг (сухая перегонка), нагревание, определение физических свойств и констант (диэлектрические свойства полимеров, плотность, температура плавления или затвердевания, тепловой эффект реакции, твердость, электрическая проводимость), прокаливание, разделение смесей, растирание (в ступке), разложение (пиролиз), смешивание, внесение в пламя (определение ионов лития, натрия, калия, кальция, бария, меди по окраске пламени).
Операции с твердыми веществами и газами: обжиг, окисление металлов, адсорбция газов (и паров), хроматография газовая.
Операции с жидкими веществами: выпаривание и упаривание, высушивание, перегонка, нагревание, очистка, определение плотности (ареометром и др.), определение температуры кипения, перемешивание, внесение в пламя (окрашивание пламени), определение активной кислотности (индикаторами и др.), получение абсолютного (безводного) спирта, разделение жидкостей (делительной воронкой, перегонкой, хроматографией), крекинг (пиролиз), определение электрической проводимости, электролиз (воды, солей, растворов), хранение и переливание жидкостей.
Операции с жидкостями и газами: растворение газов, выделение газов из жидкости, распыление жидкости потоком газа, промывание и осушка газов.
Операции с твердыми и жидкими веществами: адсорбция растворенных веществ, взвешивание, выпаривание, высушивание, диффузия, ионный обмен, кристаллизация из раствора, нейтрализация, приготовление растворов, растворение твердых веществ, плавление и затвердевание, осаждение, комплексообразование, разделение смесей (фильтрование, хроматография, экстракция), получение коллоидов, коагуляция.
Операции с газами: адсорбция, обращение с горючими газами, нагревание, очистка и поглощение газов, осушка газов, определение состава воздуха, получение, собирание газов (над водой, вытеснением воздуха), зарядка газометра, сжигание газов, взаимодействие газов с жидкостями и твердыми веществами, диффузия, термическое разложение газов, электрические разряды в газах, газовая коррозия металлов.
В данном пособии не рассматриваются оборудование и приемы выполнения перечисленных операций. Эти вопросы подробно раскрываются в руководствах по лабораторной практике . Многие из операций приводятся далее при описании различных опытов.
ТРЕБОВАНИЯ К УЧЕБНОМУ ОБОРУДОВАНИЮ ДЛЯ ШКОЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
Требования к оборудованию для школьного химического эксперимента продиктованы содержанием и особенностями его организации в условиях кабинета химии. Поэтому прежде чем определить, каким должно быть школьное оборудование для химического эксперимента, необходимо рассмотреть общие и специфические требования к постановке демонстрационных опытов, организации лабораторных и практических работ, а также вопрос о рациональном сочетании этих видов эксперимента на уроках.
Наглядность, выразительность опытов - первое требование к химическому эксперименту. Поскольку любой химический опыт направлен па реализацию наглядности изучаемых предметов и явлений, следует определить, в какой форме он будет наиболее эффективен: в виде лабораторного опыта, обычной демонстрации, проекции на экран или в их определенном сочетании.
Учебно-материальная база должна обеспечить условия для рационального выбора необходимых форм химического эксперимента. Цель постановки и содержание опытов должны быть понятны каждому учащемуся. Эксперимент должен быть хорошо видимым, размеры приборов, деталей, их размещение на рабочем столе должны обеспечивать хорошую обозреваемость наблюдаемых явлений.
Второе требование: химические опыты должны быть доступными для восприятия и всегда убедительными, не должны давать повод учащимся для неправильных толкований.
Учебное оборудование, следовательно, должно обеспечивать простоту, доказательность и достоверность химического опыта. При выборе прибора должны быть учтены его конструктивные особенности. Так, например, демонстрация взаимодействия натрия с водой в стакане пли чаше кристаллизационной, как это обычно выполняется в школах, не позволяет выявить все признаки реакции: плавление натрия в результате выделяющейся теплоты реакции, превращение натрия в шарик, его движение по поверхности воды, выделение газа. Это затрудняет объяснение опыта и исследование свойств щелочного металла. Сочетание обычной демонстрации с проекцией на экран позволяет сделать опыт наглядным и достоверным.
Конструкция прибора или установки должна обеспечивать не только условия для проведения химической реакции, но и возможность для выявления и показа видимых и скрытых признаков протекающего процесса. При демонстрации реакции нейтрализации, например, путем прплнвання раствора кислоты в раствор щелочи с использованием лакмуса или фенолфталеина процесс нейтралтации обнаруживают по изменению цвета индикаторов: сипилакмус становится фиолетовым, а малиновая окраска фенолфталеина становится бесцветной. Выделение теплоты остается скрытым от наблюдателя. Применение в демонстрационном эксперименте электротермометра позволяет охарактеризовать реакцию более доказательно.
Наглядность и достоверность показа опытов обусловлена техникой его постановки.
В школьном химическом эксперименте раньше отсутствовали точные измерительные приборы. Однако сегодня без них невозможно ознакомление учащихся с научными методами. Для применения таких приборов достаточно умение правильно пользо-м.пься ими, не вникая в детали их конструкции.
Нго прежде всего электрические и электронные приборы, используемые при проведении целого ряда опытов по электрохимии, и том числе с применением тока высокого напряжения.
Каждый опыт, осуществляемый учителем или учащимся, должен быть безотказным, а оборудование для его выполнения - наложным. Неудавшаяся демонстрация нарушает ход урока, вызывает разочарование у учащихся и нередко порождает недоверие к учителю. Причины иеудавшихся опытов разнообразны. Одной из них является техническое несовершенство приборов, а также отдельных их деталей и узлов.
Надежность приборов и установок зависит, таким образом, от их технического совершенства. Для этого необходимо иметь в каждом кабинете химии наборы унифицированной посуды в строго необходимом и достаточном количестве для осуществления различных видов химического эксперимента; комплекты универсальных узлов и соединительных четалеп, обеспечивающих герметичность и удобство монтажа. К ним относятся разнообразные соединения: резиновые, стеклянные сочленения (шлифованные и моллированные), резиновые и пластмассовые уплотнители.
Надежность приборов и установок зависит также от их правильного храпения и транспортировки. Так, например, стеклянная посуда и принадлежности нередко выходят из строя из-за неправильного храпения их в кабинете (без укладок в шкафах).
Надежность и техническое совершенство приборов и установок шижио обеспечивать соблюдение правил техники безопасности при осуществлении химического эксперимента. Реализация этого требования зависит, Конечно, не только от состояния учебно-материальиой базы кабинета химии, но и от того, насколько учитель овладел техникой химического эксперимента, от его знания всего арсенала учебного оборудования, необходимого для опытов, пт зккуратиости и культуры труда.
Приборы, в которых проводят опыты, должны быть заранее подготовлены, неоднократно испытаны, а руководства по эксплуатации или паспорта приборов и установок тщательно изучены учителем.
Безопасная работа определяется нормативными документами, р частности «Правилами по технике безопасности для кабинетов (лабораторий) химии общеобразовательных школ системы МП СССР» . Следует заметить, что в большинстве случаев опасность бывает вызвана небрежностью экспериментатора, нарушением или прямым игнорированием инструкции по эксплуатации приборов или установок. Нагревание легковоспламеняющихся жидкостей на открытом пламени, неправильный выбор количеств, концентраций и объемов реагирующих веществ, хранение горючих и взрывоопасных газов в стеклянных газометрах, демонстрация взрыва газов в стеклянных сосудах, включение электроприборов, рассчитанных на низкое напряжение, в сеть, использование технически несовершенных самодельных электроприборов - наиболее часто встречающиеся причины возникновения опасных ситуаций.
В промышленных приборах и установках требования безопасности определены соответствующими нормативными документами V. находят отражение в конструктивных особенностях данного прибора. Например, снабжение электроприборов защитными кожухами, полюсными вилками (предотвращающими включение прибора в обычную сетевую розетку), механическая блокировка розеток (фиксация в нужном положении) и т. д.
Самодельные приборы и установки могут использоваться в школе лишь в тех случаях, когда они технически надежны и безопасны. Одно из требований, предъявляемых к школьному химическому эксперименту, - его кратковременность, которая обусловливается ограниченным временем урока.
При постановке эксперимента на уроке должны быть учтены: целесообразность включения опытов в определенный этап урока, необходимость объяснения их (в том числе с использованием других средств обучения), возможность повторения эксперимента для корректировки наблюдения, получения достоверных результатов.
Рациональная конструкция приборов и установок, их правильное применение сообразно темпам и этапам урока обеспечивают достижение поставленных целей в точно рассчитанные сроки. Так, например, экономию учебного времени можно получить не только за счет сокращения вспомогательных операций при монтаже прибора или установки, но и за счет удобства и быстроты их выполнения. Этому в значительной мере способствует хорошо продуманная конструкция прибора. Например, нагревание является одной из наиболее часто повторяющихся операций. Следовательно, необходимо создание таких нагревателей, которые обеспечивали бы возможность работы в заранее заданных режимах.
Средняя продолжительность лабораторного опыта и отдельной демонстрации не должна превышать 5 - 6 мин урока, а при выполнении практических работ - 15 - 20 мин. Затягивание времени опыта сверх приведенных норм снижает интерес к эксперименту, нарушает ритм н структуру урока, не позволяет оформить результаты проведенного исследования.
Некоторые опыты (например, по коррозии металлов) требуют длительного времени. Такой эксперимент проводят поэтапно; на первом уроке обсуждают условия опыта и осуществляют ело постановку, на последующих одном-двух уроках фиксируют полученные результаты. Для постановки таких опытов в параллельных классах требуется большее количество однотипного оборудования, которое может быть заменено аналогичным по назначению (например, вместо колб можно использовать химические стаканы).
Необходимо учитывать, что учебное оборудование для химического эксперимента может успешно функционировать, если в кабинете химии создать определенные условия; в частности, имеются соответствующие подводки коммуникаций, налажено гало-, водо- и электроснабжение, рационально организованы рабочие места учителя и учащихся, тщательно продумана система размещения н хранения учебного оборудования.
Эти н другие вопросы раскрыты в книге «Кабинет химии» . Поэтому здесь рассмотрены преимущественно новые вопросы по реализации методических требований и правил техники безопасности при выполнении химического эксперимента. К ним в первую очередь относится современное электрооборудование кабинета химии, поскольку проведение опытов по электрохимии, а также работа электронагревателей требуют не только надежных, но и безопасных приборов, а также соответствующих условий Для их использования в процессе обучения.
Состав электрооборудования и правила его эксплуатации в условиях школьного кабинета химии определяют следующие нормативные документы; «Типовые перечни учебно-наглядных пособий и учебного оборудования для общеобразовательной школы» па XII пятилетку (далее по тексту «Перечни-12»), Раздел; химия ; Правила техники безопасности для кабинетов (лабораторий) химии общеобразовательных школ Министерства просвещения СССР ; ГОСТ «Оборудование школьное. Общие требования безопасности».
Электрооснащение кабинета химии включает стационарное оборудование (комплекты электроснабжения для кабинета химии, КЭХ, щит силового ввода, аппарат для дистилляции воды) и переносное (различные электроприборы и установки, проекционная аппаратура). Все электроприборы по способу защиты от поражения электрическим током подразделяются на четыре класса: ОТ, I, II, III. В кабинете химии учитель работает с электрооборудованием, относящимся к классам I, II, III.
К первому классу относят стационарные приборы и установки, которые требуют заземления. Ко второму классу принадлежат всевозможные электроприборы (плитки, демонстрационные нагреватели), которые включают в сеть, но они не заземляются, так как имеют двойную или усиленную изоляцию.
Третий класс включает приборы, которые не имеют пи внутренних, ни внешних электрических цепей с напряжением свыше 42 В (нагреватели лабораторные типа НЛШ, НПУ, НПЭШ, см, с. 108, 109).
С приборами и установками первого и второго классов работают учителя и лаборанты. Учащиеся используют для лабораторных и практических работ только приборы, относящиеся к третьему классу.
В школах-новостройках стационарное оборудование, питающееся трехфазным током, устанавливают строительные организации. Однако в большинстве школ специалистам еще только предстоит его установить. Наиболее удобной для этой цели является стена, примыкающая к лаборантской.
С помощью комплекта электроснабжения для кабинета химии (КЭХ) осуществляют питание демонстрационного стола учителя электрическим током переменного напряжения 220 В и 42 В и рабочих мест учащихся электротоком переменного напряжения 42 В. К.ЭХ снабжен устройством защитного отключения типа УЗОШ.
Для выполнения опытов по электрохимии, требующих напряжения постоянного тока до 12 В, следует использовать источник электропитания «Практикум» (из кабинета физики).
Для питания электроприборов на специализированном для кабинета химии демонстрационном столе устанавливают две розетки: 220 В и 42 В на расстоянии не менее 1,5 м от водопроводного крана (например, на боковой стенке демонстрационной части стола).
Для питания электроприборов на рабочих местах учащихся помещают одну розетку напряжением 42 В (например, на боковой панели стола). Она имеет щелевидные отверстия, расположенные перпендикулярно друг к другу и предназначенные для вилки с соответствующим расположением плоских штекеров.
Создавая и используя самодельные и промышленные приборы, необходимо помнить следующие требования безопасности (согласно вышеуказанному ГОСТу):
1. В закрытых токоведущих системах допустимым является напряжение для учащихся не выше 42 В переменного и постоянного тока; для учителя - -220 В переменного и 110 В постоянного тока.
2. В открытых токоведущих системах (в приборах с неизолированными частями проводников и при работе с электролитами) допускается напряжение пе выше 12В переменного и постоянного тока для учителя и учащихся.
3. При работе с электролитами в закрытых специальными приспособлениями (кожухами, крышками и т. д.) сосудах допускается напряжение для опытов учащихся до 42 В переменного и постоянного тока и для опытов учителя - ПО В.
4. Предельное значение потребляемой мощности электротока в кабинете химии не должно превышать 2,2 кВт (например, нельзя включать одновременно 20 нагревателей для пробирок, проек-кионный аппарат и аппарат для дистилляции).
Учитель должен принять к сведению, что в кабинете химии розетки (220 В) и выключатели согласно правилам устройства электроустановок должны находиться на высоте 1,8 м от пола.
Обязательным требованием при работе с электрооборудованием является предварительное тщательное изучение инструкций по его эксплуатации.
Необходимо также помнить, что на лабораторные столы учащихся электрический ток включают только во время проведения опытов. В нерабочее время рабочие места должны быть обесточены.
Включение электрического тока осуществляют с помощью распределительного щита, находящегося в лаборантском помещении. Шит снабжен общим выключателем питания и индикатором включения.
Для постановки всех видов эксперимента необходимо, чтобы в каждом кабинете были созданы комплекты приборов, установок, посуды и лабораторных принадлежностей, всегда готовые к использованию.
Оборудование, поступающее в школы согласно действующему Перечню учебного оборудования, позволяет в каждом кабинете химии самостоятельно сформировать такие комплекты, если не удалось приобрести их в готовом виде.
Для успешной реализации химического эксперимента по новой программе необходимы следующие комплекты (наборы).
Для демонстрационного эксперимента: комплект малоинерци-оппых электронагревателей жидкостей и твердых веществ до температуры 300°С (в колбах, стаканах, тиглях, чашках); комплект посуды, деталей и узлов для монтажа приборов и установок, в которых осуществляются химические реакции при обычных условиях; комплект деталей и узлов для опытов с вредными веществами без тяги; комплект счетно-измерительный (измерение массы, температуры, времени, напряжения, рИ и проведения арифметических расчетов на демонстрационном световом табло); комплект для осуществления каталитических реакций (набор катализатор-пых трубок и нагревателей, катализаторов на носителях); комплект для опытов с газами (горючими и взрывоопасными); комплект для опытов с электрическим током высокого напряжения; комплект специализированных приборов и аппаратов (для получения и храпения газов, получения дистиллированной воды, иллюстрации некоторых законов и др.); комплект узлов и детален для проецирования опытов на экран; комплект склянок на 250 мл для растворов реактивов; комплект склянок с нижним тубусом па 1 - 2 л для хранения запаса растворов реактивов.
Для ученического эксперимента: комплект для проведения лабораторных опытов и практических работ, включающий набор сухих реактивов в банках и их растворов в склянках для постоянного и эпизодического использования; набор принадлежностей небольшого размера; набор посуды малого объема (25 - 50 мл); набор сочленений и узлов для монтажа различных вариантов приборов; набор вспомогательных лабораторных приспособлений (промывалки, банки для мусора, штативы для пробирок и лабораторные штативы для фиксации приборов, посуды и принадлежностей) .
Эти комплекты должны обеспечивать возможность вариативного и безопасного выполнения учащимися лабораторных и практических работ различными способами: с применением макро и микроколичеств реактивов, капельного метода, с использованием веществ в различных агрегатных состояниях.
Организуя рабочие места учащихся, учитель должен определить наиболее соответствующий его стилю работы вариант размещения оборудования: постоянно закрепленные на лабораторном столе наборы или выдаваемый раздаточный материал в лотках перед практической работой.
Система размещения реактивов, посуды и принадлежностей на лабораторных столах или при хранении в лаборантской должна обеспечивать учащимся быстрый и правильный отбор склянок с реактивами, необходимых узлов для монтажа приборов, порядок и удобство на рабочем месте.
Те же требования предъявляются к рабочему месту учителя, и прежде всего к демонстрационному столу .
Особое внимание должно быть обращено на организацию препараторского стола в лаборантской, хранение и размещение реактивов, посуды, принадлежностей, лотков с раздаточным материалом в секционных шкафах .
Посуду и стеклянные принадлежности необходимо хранить в укладках (из поролона или пенопласта), которые могут быть изготовлены учащимися под руководством учителей химии и трудового обучения .
Согласно требованиям реформы школы расширена номенклатура демонстрационных опытов (проецирование на экран опытов по хроматографии и др.) и ученического эксперимента (электролиз, получение озона и др.).
Требования научно-технического прогресса - поднять на более высокий уровень эксперимент как основу изучения химии, обеспечить его наглядность, доказательность, надежность, безопасность, показать с помощью учебного оборудования применение законов химии в химической технологии, а также связь химии с физикой и биологией - определяют основные направления развития учебного оборудования для школьного химического эксперимента:
создание полифункциональных приборов, обеспечивающих проведение нескольких опытов в одном приборе. Эти приборы включают унифицированные узлы и детали (модули), которые предоставляют учителю пучащимся возможность быстро и удобно монтировать необходимые установки для демонстраций и самостоятельных работ учащихся;
создание новых электроприборов: специализированных малоинерционных нагревателей; автоматических и вспомогательных устройств (для принудительной вентиляции, регуляции освещения, зашторивания и др.);
оптимальную миниатюризацию учебного оборудования, которая обеспечивает экономию материалов, позволяет учащимся рационально выполнять самостоятельные работы с малыми количествами веществ;
использование электронной техники для фиксирования не только качественных, но и количественных результатов опытов;
создание приборов и установок для осуществления межпредметных связей химии с физикой и биологией;
использование новых конструкционных материалов и технологий в производстве учебного оборудования: германиевых полупроводников, тензорезисторов, преобразующих давление газа в электрический сигнал, пластмасс, стеклянных деталей с моллиро-ванной поверхностью, в перспективе - жидких кристаллов, световолоконных материалов;
осуществление школьного химического эксперимента на основе типового, стандартного оборудования, обеспечивающего рациональную сочетаемость отдельных деталей и узлов, комплектов в целом и возможность быстрого и правильного монтажа разнообразных вариантов приборов и установок в условиях школьного кабинета химии.
В данном пособии авторы останавливаются главным образом на использовании нового и модернизированного оборудования,позволяющего усовершенствовать технику и методику школьного химического эксперимента.
ПОСТАНОВКА ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТОВ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТОВ
Типичные узлы и детали, наборы посуды и принадлежностей для монтажа приборов и установок
В практике школ для постановки демонстрационного химического эксперимента используют различную химико-лабораторную посуду и лабораторные принадлежности (стеклянные и резиновые трубки, краны, зажимы винтовые и пружинные, прокладки огнезащитные, треугольники для тиглей и др.). Это оборудование служит для проведения как простых, так и более сложных опытов в приборах и установках. К первой группе опытов относят: разделение смеси веществ; взаимодействие воды с оксидами фосфора и кальция и испытание полученных гидроксидов индикаторами; возгонка иода; реакции обмена (получение нерастворимых гидроксидов и исследование их свойств, осадков солей и др.); отношение предельных углеводородов к раствору перманганата калия, щелочам, кислотам; взаимодействие глицерина с натрием; растворимость фенола в воде при обычной температуре и при нагревании; отношение стеариновой и олеиновой кислот к бромной воде и раствору перманганата калия и некоторые другие опыты. Для их постановки используют колбы, стаканы, цилиндры с пластинами, демонстрационные пробирки вместимостью 50 мл (тип ПХ-21), тигли, выпарные чаши и др.
Техника работы с этим оборудованием простая и хорошо известна учителю химии, и поэтому авторы ее не раскрывают.
Другая группа демонстрационных опытов (около 40) требует использования наряду с химической посудой и лабораторными принадлежностями специальных деталей и узлов, которые монтирует обычно сам учитель (лаборант), если в школе отсутствуют специальные наборы промышленного изготовления.
Подготовка таких деталей и узлов в виде комплектов различного назначения, рациональное размещение их в кабинете химии являются необходимыми условиями для успешного осуществления различных по сложности опытов.
К типичным составным частям учебных приборов и установок относят различные реакторы, устройства для передачи продуктов реакции (пробки с трубками, сочленения, алонжи, конусы и т. д.), приемники. Несколько реже используют сосуды для очистки, осушки газов, холодильники, воронку Бюхнера и колбу Бунзена для фильтрования под вакуумом (рис. 1).
Реакторы. Среди реакторов наиболее часто встречаются два тигта: первый тип - реактор в виде различных колб (круглодонной колбы, колбы с отростком - колбы Вюрца и др.); второй тип - реактор в виде трубки, расположенной горизонтально или вертикально (см. форзац I).
В сложных установках иногда используют реакторы обоих типов.
На форзаце I представлены реакторы в виде различных колб с наиболее часто используемыми узлами: пробкой с трубками, воронкой, термометром. В приборах, собранных с использованием соответствующих деталей, можно поставить ряд демонстрационных опытов с получением газов или летучих веществ: получение хлора, хлороводорода, аммиака, оксида серы (IV), ацетилена карбидным способом, нитрование бензола и др. (см. форзац П).
Выбор колбы-реактора обусловлен характером демонстрационного эксперимента. Как правило, используют круглодонные колбы (вместимость колбы 200 - 250 мл), поскольку они более прочные, выдерживающие осторожный нагрев непосредственно пламенем горелки. Для многих опытов (перегонка жидкости, получение газов и др.) удобны колбы с отростком (колбы Вюрца). Колбы должны плотно закрываться резиновыми пробками или пробками с нужными деталями.
Капельная воронка с пробкой (форзац Г) - деталь, наиболее часто используемая при получении газов. Нередко для выравнивания давления внутри колбы и атмосферного давления конец воронки погружают в небольшую пробирку, находящуюся на дне колбы-реактора. Однако наиболее удобной в работе является колба-реактор, .снабженная шарообразной воронкой с газоотводной трубкой (форзац I): В двугорлой колбе используют воронку для работы с вредными веществами (тип ВВРВ) промышленного изготовления (форзац I) Наличие шлифа, к сожалению^ ограничивает ее применение, поскольку воронка поступает в школы в комплекте с колбой, имеющей такой же шлиф.
В некоторых случаях - (для.перегонки жидкостей) требуется термометр, вставленный в пробку (форзац I). Пробка, соединенная небольшой пробиркой посредством-стеклянной и резиновой трубок, удобна для внесения в колбу-реактор небольших количеств порошкообразных веществ.
* С использованием электроспирали можно проделать ряд опытов в колбах, например термическое разложение древесины, торфа, горючих сланцев, каменного угля, нефтепродуктов.
В качестве реактора могут быть использованы также различные виды трубок v(cm. форзац I): прямые, хлоркальциевые (с шаром и дугообразные), прямые реакционные трубки длиной200мм и диаметром 15 - 20 мм (для некоторых опытов требуются более длинные трубки - 400 мм с диаметром 25 мм) из термостойкого или кварцевого стекла, а также железные (прямые и изогнутые под прямым углом) и фарфоровые.
Целый ряд опытов можно поставить в обычных стеклянных трубках (трубчатых реакторах), используя нагревание открытым пламенем. В них проводят, например; демонстрации разложения основного карбоната меди; восстановление оксида меди (II) водородом; каталитическое окислениеоксида серы (IV) до оксида серы и аммиака до оксида азота (II); количественный опыт: определение массы образовавшегося оксида серы (IV) при сжи-"гании определенной массы серы по увеличению массы гидроксида-. натрия, поглотившего образовавшийся продукт реакции.
Трубчатые реакторы нужны, как правило, для высокотемпературных опытов, для реакций в потоке (газ, жидкость).
Далеко не во всех случаях можно пользоваться газовыми горелками; поэтому уже давно используют электронагреватели, описание которых дано в руководствах по химическому эксперименту .
Для изготовления самодельных трубчатых печей с электрообогревом часто рекомендуют использовать асбест. Однако его применение в школьных кабинетах химии Д последнее время запрещено. Электронагрев с помощью спирали.можно использовать и без асбеста. В стеклянных трубках с электронагревом осуществляют, некоторые опыты (окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI). в присутствии твердого катализатора, синтез аммиака, каталитическое окисление аммиака).
Электроспираль можно использовать и по-иному. Трубку, через которую протянута электроспираль (форзац Л), заполняют катализатором. В таком реакторе окисляют аммиак до оксидов азота, В присутствии того же катализатора - оксида хрома (III).
па керамическом носителе в том же реакторе можно осуществить окисление оксида серы (IV) в оксид серы (VI).
К реакторам также следует отнести специальные устройства для сжигания газов друг в друге. ним принадлежит универсальная горелка промышленного изготовления.
Устройства для передачи и собирания продуктов реакции. Для быстрой и надежной сборки и разборки приборов используют соединительные элементы в виде переходов, изгибов, муфт, алонжеЙ, затворов, насадок. Из ограниченного числа таких деталей, особенно когда они имеют отшлифованные поверхности, можно собрать целый ряд приборов. Наиболее распространены взаимозаменяемые конусные шлифы. Конусы могут изготовляться не толщ ко методами шлифовки, но и методом горячей калибровки - моллированием. Таким образом, различают конусы со шлифованной поверхностью (КШ) и конусы с нешлифованной поверхностью (КН). Моллированные изделия имеют, ряд преимуществ перед Шлифованными: большая механическая Прочность, не заклинивают п легко разъединяются, меньше загрязняются, могут работать даже без смазки, прозрачны.
Для очистки и осушки газов служат различные промывные склянки (см. форзац I). Их заполняют жидкими (наиболее часто используют концентрированную серную кислоту и раствор щелочнКНЛш твердыми (гидроксиды натрия и кальция, хлорид кальций) Поглотителями.
иДлЯ твердых поглотителей используют также хдоркальциевые трубки с шаром и поглотительные колонки. Последние могут быть приемниками продуктов реакции, например, хлороводорода и синтетической соляной кислоты. В качестве приемников можно применять и различную химическую посуду: пробирки, колбы, стаканы.
Склянки для жидких промыватёлей (Дрекселя, двугорлые и трехгорлые Вульфа) используют так. же как предохранительные сосуды при фильтровании под вакуумом. Для выполнения этой операции необходимо иметь толстостенную колбу с отростком (Бунзена) и фарфоровую воронку с отверстиями (Бюхнера).
Типичные узлы для собирания газов и их растворения представлены на форзаце II.
В настоящее время все типичные детали и узлы для монтажа разнообразных приборов и установок укомплектованы в специальные наборы, выпускаемые, промышленностью: набор химико-лабораторной посуды и принадлежностей для демонстрационных опытов по химии (НПХ) для неполной и полной средней школы и набор деталей и узлов для монтажа приборов, иллюстрирующих химические производства (НДХП-М) .
В состав этих наборов входит более 50 разнообразных деталей, обеспечивающих монтаж не только традиционных, но и специальных приборов и установок для постановки всех демонстрационных химических опытов по курсу химии неполной и полной средней школы.
Специализированные приборы, аппараты, установки
Для постановки определенных демонстрационных опытов служат специализированные приборы, аппараты, установки. Как правило, это стационарные приборы: аппарат для получения газов (Киппа), газометр, прибор для электролиза, прибор для демонстрации зависимости скорости химических реакций от условий и др.
Установки собирают из приборов, детален и узлов комплектов и наборов промышленного изготовления (наборы для опытов с электрическим током, комплекты для проецирования опытов на экран и др.).
1. Приборы для демонстрации опытов с вредными для здоровья веществами без вытяжных устройств, В школьном курсе химии имеется немало опытов по изучению свойств летучих веществ, вредных для здоровья (хлор, бром, хлороводород, сероводород, оксиды азота, аммиак, оксид углерода (И), некоторые органические вещества).
Получение этих веществ, ознакомление с их свойствами рекомендуется обычно проводить иод тягой. Удаленность вытяжных шкафов от рабочих мест учащихся, наличие бликов на остекленной поверхности шкафа ухудшают видимость демонстраций, но обеспечивают их безопасность.
Одним из направлений совершенствования подобных демонстраций явилось создание приборов, замкнутых на поглотитель. Использованием этих приборов достигается наглядность, безотказность, безопасность, доступность, простота демонстрационного эксперимента.
В связи с новой технологией изготовления стеклянных деталей гг узлов с моллироваиными поверхностями появилась возможность реализации всех указанных требований и в том числе идеи вертикального монтажа учебных приборов по химии.
Следует заметить, что приборы и устройства, составляющие замкнутую па поглотитель систему, кажутся более сложными но сравнению с обычными приборами за счет введения детален новых конструкций, но с методической стороны это является целесообразным.
Количество новых конструкционных элементов невелико, и они могут применяться во многих устройствах для проведения реакций с летучими веществами.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
Чтобы успешно преподавать химию, учителю необходимо овладеть школьным химическим экспериментом, в результате которого учащиеся приобретают необходимые знания и умения. Школьный химический эксперимент можно разделить на демонстрационный, когда эксперимент показывает учитель, и ученический, выполняемый учащимися. В свою очередь ученический эксперимент подразделяют на два вида:
- лабораторные опыты, проводимые учащимися в процессе приобретения новых знаний;
- практические работы, которые учащиеся проделывают после прохождения одной - двух тем
Во многих случаях практические работы проводятся в виде экспериментального решения задач, в старших классах – в виде практикума, когда после прохождения ряда тем практические работы проводятся на нескольких уроках.
Развитие познавательных интересов учащихся в процессе обучения имеет большое значение для любого учебного предмета. В изучении химии есть свои особенности, которые учителю важно иметь в виду. Прежде всего, это касается использования учебного химического эксперимента, широко применяемого в школе в различных формах. Эксперимент требует от учителя много времени для подготовки и проведения. Только в таком случае может быть достигнут ожидаемый педагогический эффект. При этом необходимо учитывать и свой опыт работы, и опыт других педагогов, известный по литературе и личному общению. Если учитель свободно владеет химическим экспериментом и применяет его для приобретения учащимися знаний и умений, то учащиеся с интересом изучают химию. При отсутствии химического эксперимента на уроках химии знания учащихся могут приобрести формальный оттенок – резко падает интерес к предмету.
Учителю химии необходимо овладеть не только техникой и методикой демонстрационного эксперимента, но и ученическим экспериментом. Иногда могут не удаваться самые простые опыты, когда не соблюдается необходимая концентрация реагирующих веществ в растворах или не учитываются условия проведения химических реакций. Вот почему следует до тонкости изучить простые пробирочные опыты, чтобы руководить в классе проведением ученического эксперимента, оказывать помощь учащимся.
В последнее время все чаще ученический эксперимент осуществляется или методом работы с малым количеством реактивов в небольших колбах и пробирках или полумикрометодом, когда опыты проводят в ячейках для капельного анализа, растворы берут пипеткой по нескольку капель. Если взять канцелярскую скрепку и конец её опустить в ячейку с раствором хлорида меди (11), то через несколько секунд скрепка будет покрыта ярким налетом меди. Полумикрометод экономит не только время учителя и учащихся, но и материальные ценности – дорогие реактивы, материалы, посуду.
Демонстрации опытов – наиболее распространенный вид школьного химического эксперимента, оказывающий сильное влияние на процесс усвоения учениками знаний по химии. При демонстрации опытов на учащихся особенно воздействуют следующие три стороны эксперимента:
1. Непосредственное воздействие самой химической реакции.
Если расположить в порядке значимости факторы, влияющие на учащихся во время демонстрации опытов, то в первую очередь на них будет оказывать воздействие световой раздражитель (вспышки, горение, окраска исходных и получающихся веществ). Большое значение имеют различные запахи, характерные для демонстрируемых и образующихся веществ
в процессе эксперимента. Они могут быть приятными и неприятными, сильными и слабыми. В случаях, когда вещества ядовиты и вредны для здоровья, опыты проводят под тягой или поглощают эти вещества. Третье место будут занимать слуховые раздражители: сильные взрывы или легкие звуки, возникающие при вспышке различных веществ. Обычно звуковые сигналы очень нравятся учащимся. К сожалению, они не всегда сопровождаются нужным педагогическим эффектом.
Немаловажное воздействие оказывают на учеников двигательные процессы (перемещение жидких и твердых веществ, перестановка деталей при сборке приборов). Например, учащиеся с интересом наблюдают за барботированием пузырьков газа в жидкости, движением окрашенных растворов. Если происходящие процессы при демонстрации мало заметны или слабо воспринимаются органами чувств, то демонстрации воспроизводятся с помощью различных приспособлений. Так, плохо видимые химические реакции проецируют на экран, используя графопроектор, компьютер, мультимедиа, интерактивную доску, видеофильм. Иногда целесообразно комбинировать демонстрации – хорошо видимые операции показывают в стеклянной посуде, а отдельные, плохо видимые детали, проецируют на экран.
2. Слово и действия учителя.
Известно, что демонстрации практически никогда не проводят молча. Учитель руководит наблюдением учащихся, направляет их мысль в зависимости от цели демонстрации. От характера этого руководства чаще всего получается различный педагогический эффект демонстрации.
Существенными являются и действия учителя: сборка им прибора, приливание растворов, перемешивание веществ, жестикуляция и т.д.
Нередко эти действия оказывают большое влияние на учащихся, и они иногда принимают их за главный, первостепенный признак, подробно указывая в своих записях, как учитель приливает растворы, смешивает вещества.
3. Различные средства наглядности (рисунки и схемы учителя, формулы и химические уравнения, модели и пр.)
Все они помогают ученикам правильно воспринимать и осмысливать химический эксперимент, подчеркивают плохо видимые детали, содействуют правильному раскрытию химизма демонстраций.
Как эти три стороны демонстрационного эксперимента влияют на учащихся? Демонстрируемые химические реакции имеют существенные и несущественные признаки. Существенный признак – это такой, без которого нельзя правильно воспринять химический процесс. Например, при демонстрации взаимодействия натрия с водой существенными признаками являются выделение водорода и образование щелочи. Несущественные признаки дополняют общую картину демонстрации, делают её более полной. В указанном примере несущественный признак – движение кусочка натрия по поверхности воды.
При наблюдении существенных и несущественных признаков на учащихся влияют сильные и слабые раздражители, возникающие в результате химической реакции. Иногда сильное возбуждение учащихся, полученное ими от действия мощного раздражителя, позволяет “затушевать” слабые компоненты, связанные с существенной стороной демонстрации опыта. Так в указанном примере демонстрации взаимодействия щелочного металла с водой на учеников большое влияние оказывает сильный раздражитель, связанный с несущественным признаком – движением металла по поверхности воды, а образование щелочи и водорода остается без особого внимания. При демонстрации озонатора у учащихся создается наиболее яркое представление о шуме индукционной катушки, которое затмевает суть химического процесса – образование озона. При взрыве гремучей смеси (водорода и кислорода) в жестяной банке на учеников наиболее сильное впечатление оказывает громкий взрыв (несущественный признак), а главный – образование воды – проходит мимо внимания учащихся, хотя учитель и сообщает об этом им. Известно, что для распознавания кислот и щелочей используют различные индикаторы (лакмус, фенолфталеин и др.), которые указывают на дополнительные свойства этих веществ. При демонстрации индикаторов, как установил Д.М.Кирюшин [ 3] в результате неверного сочетания слова и действий учителя учащиеся указывают на изменение окраски кислот и щелочей, а не самих индикаторов.
Как же поступать в случаях, когда ученики при демонстрации эксперимента принимают несущественные дополнительные признаки за существенные, главные? Психологи отмечают, что для предупреждения неверных восприятий у учащихся или их изменения необходимо использовать различные словесные указания учителя. Следует различать два основных типа указаний. Можно указать учащимся, на какие именно особенности предмета надо обращать внимание (положительные указания), и можно указать, на какие особенности не надо обращать внимание (отрицательные указания). При обучении химии, когда ученики воспринимают яркие вспышки и сильные взрывы за главный признак реакции, недостаточно применять только словесные указания, необходимо использовать различные средства наглядности, например, цветные рисунки и схемы в сочетании со словом учителя.
При демонстрации взаимодействия щелочных металлов с водой внимание учащихся необходимо обратить на то, что здесь образуются щелочь и водород. Не надо оставлять без внимания движение кусочка металла по поверхности воды. Учителю целесообразно задать учащимся следующие вопросы: почему он движется? Если бы не выделялся водород, то наблюдалось бы это явление? Чтобы подчеркнуть второй существенный признак данной химической реакции – образование щелочи, обращают внимание учащихся на изменение окраски раствора фенолфталеина.
Важным вопросом демонстрации по химии является количество опытов, которые учитель демонстрирует на уроке. В.Н.Верховский указывал на опасность перегрузки уроков демонстрационным химическим экспериментом. Большое количество опытов мешает ясности и отчетливости усвоения материала учащимися, лишние опыты отвлекают их внимание. Еще более плохие результаты получаются, если учитель демонстрирует недостаточное количество опытов, на основе которых делает теоретические выводы. Если показать ученикам только взаимодействие железа и цинка с кислотой, то у них возникает ошибка, которую трудно исправить даже в старших классах: для получения водорода ученики предлагают азотную кислоту и цинк.
Какое же количество опытов надо демонстрировать на уроке? В каждом отдельном случае учителю необходимо обдумать этот вопрос, руководствуясь тем, что их число должно быть оптимальным. Учащимся надо показать все существенные стороны демонстрируемого процесса при экономной затрате времени на уроке, чтобы в результате они получили осознанные и прочные знания, не забывая, что химический эксперимент оказывает большое влияние на сознание, иногда более сильное, чем слово учителя.
Познавательный интерес учащихся возникает в процессе увлекательного рассказа учителя, например, о ситуации, в которой он когда-то оказался. Рассказ вызывает у ребят положительные эмоции, без которых, как утверждают психологи, невозможно плодотворное обучение. Следует учитывать, что всегда необходимо говорить правду (пусть даже неприятную для самого учителя), так как учащиеся не терпят фальши. Жизненная интерпретация химического эксперимента оказывается наиболее убедительной. Особенно в тех случаях, когда эксперимент бывает небезопасным.
При изучении белого фосфора я вспоминала случай из студенческой жизни, когда в химической лаборатории сидевшая рядом со мной студентка взяла рукой кусочек белого фосфора, который мгновенно вспыхнул. Студентка растерялась, растерла ладонью горящий фосфор по халату, который также вспыхнул. Огонь потушили, но фосфор сильно обжег кожу руки и, проникнув в организм, вызвал его отравление.
Я, готовя смесь бертолетовой соли с красным фосфором для демонстрации на химическом вечере, сильно нажала на комочек бертолетовой соли, произошла вспышка – брови, ресницы, часть волос были опалены, горящий фосфор попал на руки и вызвал долго не заживающие ожоги.
Лаборантка кафедры неорганической химии выбросила остатки реактивов, среди которых оказался металлический калий в раковину – произошел взрыв, керамическая раковина разлетелась на куски.
Коллега из соседней школы рассказывала, когда она проводила опыт взаимодействия натрия с водой не в стакане, не в кристаллизаторе, а в пробирке – она лопнула у неё в руках от взрыва гремучего газа.
Поскольку прием личного опыта учителя ограничен, более широко следует использовать исторический опыт ученых-химиков, не только основываясь на их достижениях, но и не умалчивая об ошибках. Благодаря этому, учащиеся поймут, что развитие химической науки идет не по гладкой, проторенной дороге. Обычно это сложный путь борьбы мнений и доказательств.
Итак, демонстрационный эксперимент по химии необходимо проводить так, чтобы он оказывал эмоциональное воздействие на ученика, способствовал развитию их интереса к изучению химии.
Как утверждал А.Эйнштейн: “Красивый эксперимент сам по себе часто гораздо ценнее, чем двадцать формул, добытых в реторте отвлеченной мысли”.
Литература
- Полосин В.С., Прокопенко В.Г. Практикум по методике преподавания химии – М.: Просвещение, 1989.
- Полосин В.С. Школьный эксперимент по неорганической химии – М.: Просвещение, 1970.
- Кирюшкин Д.М. Опыт исследования взаимодействия слова и наглядности в обучении – М.: Изд-во АПН, 1980.
- Хомченко Г.П., Платонов Ф.П., Чертков И.Н. Демонстрационный эксперимент по химии – М.: Просвещение, 1978.
- Верховский В.Н., Смирнов А.Д. Техника химического эксперимента в школе – М.: Просвещение, 1975.
- Мощанский В.Н. О педагогических идеях Альберта Эйнштейна (к 100-летию со дня рождения) – Советская педагогика, 1979, № 10
Ольгинская школа
Павлодарский район
Доклад
«Химический эксперимент, как одна из активных форм обучения на уроках химии»
(Августовская конференция учителей)
учитель химии и биологии: Павина О.А.
2014-2015 учебный год
Оглавление:
Введение
Использование ученического эксперимента в обучении химии
1.1 . Вещества хозяйственно-бытового назначения, предлагаемые для организации эксперимента по химии
1.2 . .
1.3 . Применение в
2. Заключение.
3. Литература.
Введение.
Сегодня в наших сельских школах недостаточно внимания уделяется проведению химического эксперимента, т.к не в каждой школе имеются реактивы для проведения опытов. Поэтому учащиеся имеют нередко лишь формальное представление о химических объектах, подчас не представляя об истинных задачах, стоящих перед химическим знанием, о химических методах исследования. Вследствие этого часть школьников, имеющая потенциальную склонность к деятельности в естественнонаучной области, получают о ней в своей школе неполное, одностороннее представление.
Широкая популяризация химических знаний способствует росту позитивного отношения к предмету и улучшению качества знаний учащихся.
Большинство предлагаемых опытов не требуют специального оборудования и реактивов, поэтому могут быть поставлены в любой школе и даже в домашних условиях. Опыты можно показывать непосредственно на уроках или использовать их во внеклассной работе по химии.
1. Использование ученического эксперимента в обучении химии
Ученический эксперимент - это вид самостоятельной работы. В школьной программе по химии оговорено, какие экспериментальные работы должны быть выполнены.
Эксперимент не только обогащает учащихся новыми понятиями, умениями, навыками, но и является способом проверки истинности приобретенных ими знаний, способствует более глубокому пониманию материала, усвоению знаний. Он позволяет более полно осуществлять связь с жизнью, с будущей практической деятельностью учащихся.
Ученический эксперимент разделяют на лабораторные опыты и практические занятия. Они различаются по дидактической цели. Цель лабораторных опытов - приобретение новых знаний, изучение нового материала. Практические занятия обычно проводятся в конце изучения темы и служат для закрепления и совершенствования, конкретизации знаний, формирования практических умений, совершенствования уже имеющихся умений и навыков учащихся.
Выполнение ученического эксперимента с точки зрения процесса учения должно проходить по следующим этапам:
Осознание цели опыта;
Изучение веществ;
Сборка или использование готового прибора;
Выполнение опыта;
Анализ результатов и выводы;
Объяснение полученных результатов и составление химических уравнений;
Составление отчета.
Ученик должен понимать, для чего он делает опыт и что он должен сделать, чтобы решить поставленную перед ним проблему. Он изучает вещества органолептически или с помощью приборов или индикаторов, рассматривает детали прибора или сам прибор. Выполнение опыта требует владения приемами и манипуляциями, умения наблюдать и замечать особенности хода процесса, отличать важные изменения от несущественных.
После анализа работы, который учащийся должен сделать самостоятельно, он делает вывод на основе соответствующей теоретической концепции. Не следует недооценивать роль отчета, который учащиеся составляют немедленно после выполнения опыта. Он учит краткому и точному формулированию мысли, правильной записи .
1.1 Вещества хозяйственно-бытового назначения, предлагаемые для организации домашнего эксперимента по химии
Название вещества
Химическое название
Хозяйственно-бытовое назначение
Где можно приобрести
Клей конторский силикатный
Силикат натрия Na 2 SiO 4
Склеивание бумаги и картона
Канцелярские товары
Соль поваренная
Хлорид натрия NaCl
Употребление в пищу, консервирование
Продовольственные магазины
Медный купорос
Сульфат меди пятиводный CuSO 4 *5 H 2 O
Дезинфекция, борьба с вредителями и болезнями растений
Садоводческие магазины
Натриевая селитра
Нитрат натрия
NaNO 3
Азотное удобрение
Садоводческие магазины
Калийная селитра
Нитрат калия
KNO 3
Азотное и калийное удобрение
Садоводческие магазины
Аммиачная селитра
Нитрат аммония
NH 4 NO 3
Концентрированное азотное удобрение
Садоводческие магазины
Сульфат аммония
Сульфат аммония
(NH 4 ) 2 SO 4
Азотное удобрение
Садоводческие магазины
Кальциевая селитра
Нитрат кальция
Ca(NO 3 ) 2
Азотное удобрение
Садоводческие магазины
Мочевина
Мочевина, карбамид
(NH 2 ) 2 CO
Азотное удобрение
Садоводческие магазины
10.
Гашеная известь, пушонка
Гидроксид кальция Ca(OH) 2
Средство для побелки, составляющая строительных растворов
11.
Негашеная известь, кипелка
Оксид кальция CaO
Средство для побелки, дезинфекции, составляющая строительных растворов
Строительные магазины и рынки
12.
Гипс, алебастр
Сульфат кальция двуводный или полуводный CaSO 4 *2 H 2 O , CaSO 4 *0,5 H 2 O
Скрепляющий состав или его компонент
Строительные магазины и рынки
13.
Мел
Карбонат кальция CaCO 3
Для учебных нужд или в составе побелок
Магазин канцелярских товаров
14.
Тринатрий фосфат
Техзамещенный фосфат натрия Na 3 PO 4
Средство для стирки и уборки
15.
Стиральная (кальцинированная) сода
Безводный карбонат натрия Na 2 CO 3
Средство для стирки и уборки
Магазины мыло-моющих и хозяйственных товаров
16.
Бура техническая
Тетраборат натрия Na 2 B 4 O 7
Средство для борьбы с бытовыми насекомыми
Хозяйственный магазин
17.
Сода пищевая (питьевая)
Гидрокарбонат натрия NaHCO 3
Средство для мытья посуды, разрыхления теста
Продовольственный магазин. Аптека (в виде таблеток «Бекарбон»)
18.
Разрыхлитель теста карбонат аммония
Карбонат аммония (NH 4 ) 2 CO 3
Средство для разрыхления пресного теста
Продовольственный магазин
19.
Уксусная эссенция
Уксусная кислота 70-80% CH 3 COOH
Средство для домашнего консервирования, маринования шашлыков
Продовольственный магазин
20.
Глицерин для наружного или внутреннего применения
Глицерин CH 2 OH-CHOH-CH 2 OH
Косметическое и дегидратирующее средство
Аптека
21.
Ляпис
Нитрат серебра AgNO 3
Средство для удаления родинок и бородавок, антисептик
Аптека
22.
Марганцовка, перманганат калия
Перманганат калия KMnO 4
Антисептик
Аптека
23.
Английская соль
Сульфат магния MgSO 4
Слабительное средство
Аптека
24.
Магнезия 25%
Противоотечное и гипотензивное средство
25.
Хлористый кальций 10%
Хлорид кальция CaCl 2
В виде внутривенных инъекций – как противовоспалительное и дегидратирующее средство, внутрь – при аллергиях и кожных заболеваниях
Аптека
26.
Аммиак водный
Гидроксид аммония NH 4 OH
Для мытья крашеных полов, стирки белья, снятия обморока
Хозяйственный магазин (25% раствор), аптека (10% раствор)
27.
Мирабилит, глауберова соль
Сульфат натрия десятиводный Na 2 SO 4 *10 H 2 O
Слабительное средство
Аптека
28.
Борная кислота
Борная (ортоборная) кислота H 3 BO 3
Для промывания глаз
Аптека
29.
Глюкоза
Глюкоза C 6 H 12 O 6
В виде 40%, 20%, 10%, 5% растворов для инъекций, в сухом виде для употребления внутрь
Аптека
30.
Хлорная известь
Гипохлорит кальция Ca(ClO) 2
Для грубой дезинфекции
Аптека, магазин мыло-моющих товаров
31.
Отбеливающее средство «Белизна»
Смесь хлорида и гипохлорита натрия NaCl + NaClO
Для стирки, уборки, отбеливания белья, дезинфекции
Магазин мыло-моющих товаров
32.
Сухое горючее
Уротропин технический (гексаметилентетраамин)
Для получения пламени в лаборатории и полевых условиях
Магазин или рынок хозтоваров
33.
Уротропин 40%-ный раствор
Уротропин (гексаметилентетрааамин)
Осмотический диуретик
Аптека
34.
Парафин
Высшие алифатические углеводороды (например, С 35 Н 72 )
Парафиновые свечи
Магазин или рынок хозтоваров
35.
Желатин
Желатин, белковое вещество
Для изготовления желе, студней, киселей
Продовольственный магазин
36.
Крахмал
Крахмал, сложный углевод общей формулы (С 6 Н 5 О 10 ) n
Для приготовления киселей, клейстера, накрахмаливания белья
Продовольственный магазин
37.
Фенолфталеин, пурген
Фенолфталеин
Раньше использовался как слабительное, сейчас – только как индикатор в лабораториях и ЛПУ.
Аптеки, лечебные учреждения
38.
Этиловый спирт
Этанол C 2 H 5 OH
Для обработки кожи перед инъекцией
Аптека
39.
Ацетон
Ацетон CH 3 -CO-CH 3
Растворитель лакокрасочных изделий
Хозяйственно-строительные магазины и рынки
40.
Перекись водорода
H 2 O 2
Для обработки ран, дезинфекции, обесцвечивания
Аптека
41.
H 2 SO 4
В аккумуляторах
42.
Соляная кислота
HCl
Для паяния и травления
Хозяйственные магазины и рынки
43.
Этиленгликоль, антифриз
Этиленгликоль, простейший двухатомный спирт
Как антифриз – снижает точку замерзания воды
44.
Сера
Сера S
Кормовая добавка и средство для лечения кожных заболеваний
Зоомагазины, ветеринарные аптеки
45.
Железо восстановленное в порошке
Железо Fe
Для лечения железодефицитной анемии
В аптеке
46.
Спиртовая настойка йода
Йод I
Для обработки ран
В аптеке
47.
Алюминиевая фольга или пудра
Алюминий Al
Фольга – для запекания или обертки, пудра – для получения краски-серебрянки
В продовольственных, хозяйственных, строительных магазинах
1.2 . Опыты с использованием силикатного клея .
А). Морские водоросли (или Совместный гидролиз). В конторский силикатный клей добавить несколько кристалликов медного купороса (или несколько капель его концентрированного водного раствора). Наблюдать появление сине-зеленых причудливых разводов, напоминающих морские водоросли.
Сущность происходящего процесса заключается в совместном гидролизе двух солей: сильного основания и слабой кислоты (силикат натрия) и слабого основания и сильной кислоты (сульфат меди). При их взаимодействии в водном растворе образуется силикат меди, который существует очень коротко и быстро разлагается водой на кремниевую кислоту и гидроксид меди.
Na 2 SiO 3 + CuSO 4 → Na 2 SO 4 + CuSiO 3
CuSiO 3 + 2H 2 O → Cu(OH) 2 ↓ + H 2 SiO 3 ↓
Подобные опыты рекомендовал Д.И.Шкурко в книге «Забавная химия»: правда, автор указывал, что можно осуществить взаимодействие силикатного клея с кристалликами солей меди, железа, кобальта, никеля, алюминия, чтобы получить разноцветные «водоросли». Однако не у всех есть возможность найти в домашних условиях соли этих металлов.
Б) Ищите кислоту на дне. Для опыта потребуется силикатный клей и немного раствора лимонной кислоты (можно использовать разбавленную уксусную кислоту – в концентрации столового уксуса). В пробирку с силикатным клеем добавляется немного кислоты, и тут же на дно выпадет студенистый осадок кремниевой кислоты. Это – самая слабая неорганическая кислота, даже слабее угольной. Она легко вытесняется из силикатов органическими кислотами, и, будучи нерастворимой, выпадает в осадок. Растворить этот осадок можно только добавлением щелочи.
Уравнение реакции:
Na 2 SiO 3 + 2 CH 3 COOH ↔ 2 CH 3 COONa + H 2 SiO 3 ↓
В). С солью не дружим (или Одноименный катион). В силикатный клей добавить несколько капель насыщенного раствора поваренной соли. Наблюдать постепенное появление белого студенистого осадка. Это – кремниевая кислота, выделившаяся в результате усиления гидролиза силиката натрия.
Присутствие одноименного катиона (натрия из поваренной соли) усиливает процесс гидролиза силиката натрия, доводя его практически до конца – до образования нерастворимой кремниевой кислоты. Как мы можем увидеть из уравнений диссоциации солей в водном растворе, одноименный катион сильного основания (натрия) сдвигает равновесие процесса гидролиза вправо, то есть в сторону образования кремниевой кислоты.
Диссоциация:
Na 2 SiO 3 ↔ 2 Na + + SiO 3 2-
NaCl ↔ Na + + Cl -
Гидролиз (общее уравнение):
Na 2 SiO 3 + 2 HOH ↔ 2 NaOH + H 2 SiO 3 ↓
1.3 Применение в еществ хозяйственно-бытового назначения на уроках химии.
В учебной деятельности химический эксперимент не только позволяет устанавливать факты, но и служит активным средством формирования многих химических понятий. Например, первоначальное формирование понятия «катализатор» базируется на простом химическом опыте разложения пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV).
В пробирку с 2 мл 10%-го раствора пероксида водорода опускают пять гранул оксида марганца (IV). Начинается интенсивное выделение кислорода, наличие которого проверяют с помощью тлеющей лучинки. Как только тлеющая лучинка перестала воспламеняться, осторожно сливают жидкость из пробирки и вновь добавляют в нее 2 мл исходного раствора пероксида водорода. Снова доказывают наличие кислорода. Опыт повторяют в третий раз.
На основании наблюдений учащиеся приходят к выводу, что оксид марганца (IV) в ходе реакции не расходуется. Затем они самостоятельно формируют определение понятия «катализатор» (вещество, которое изменяет скорость химической реакции, но не расходуется при ее осуществлении).
Эвристическая функция школьного химического эксперимента в развитии учебной деятельности связана, прежде всего, с установлением новых факторов. Уже на первых уроках химии в 8 классе ученики знакомятся с химическими веществами, изучают их свойства, их применение в жизни, узнают много нового, учатся объяснять, например, в 8 классе, добавляя к раствору фенолфталеина несколько капель раствора щелочи, учащийся убеждается в том, что данный индикатор под воздействием щелочи изменяет свою окраску. Фенолфталеин можно заменить пургеном. Приведенный пример – простейший случай установления факта на основе опыта.
Для реализации целей развивающего обучения значительный интерес представляют выводы зависимостей и закономерностей в химии. Например, при изучении скорости химической реакции необходимо так организовать учебный процесс, чтобы учащиеся сами установили зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ. С этой целью им можно предложить провести взаимодействие раствора иодида калия с раствором пероксида водорода в присутствии крахмала.
В три пробирки, содержащие раствор иодида калия с крахмалом, наливают 3%-ный раствор пероксида водорода: в первую пробирку – с исходной концентрацией, во вторую – разбавленный в два раза и в третью – в 4 раза. С помощью часов фиксируют окончание реакции: во второй пробирке реакция протекает в 2 раза медленнее, чем в первой, а в третьей – в 4 раза.
На основании проделанного опыта учащиеся приходят к выводу, что скорость реакции прямо пропорциональна концентрации реагирующих веществ.
При изучении реакций ионного обмена для получения реакции с выпадением осадка можно использовать лимонную кислоту, уксусную кислоту. В пробирку с силикатным клеем добавляется немного кислоты, и тут же на дно выпадет студенистый осадок кремниевой кислоты. Это – самая слабая неорганическая кислота, даже слабее угольной. Она легко вытесняется из силикатов органическими кислотами, и, будучи нерастворимой, выпадает в осадок. Растворить этот осадок можно только добавлением щелочи.
Уравнение реакции:
Na 2 SiO 3 + 2 CH 3 COOH ↔ 2 CH 3 COONa + H 2 SiO 3 ↓
Реакция с выделением газа получается при использовании карбоната кальция (мел) и раствором уксусной кислоты.
2. Заключение .
Химический эксперимент выполняет роль источника знаний, средством закрепления знаний и умений, методом контроля усвоения учебного материала и сформированности умений и навыков.
Химический эксперимент в средней школе - уникальная возможность развития в мышлении школьника способностей к анализу, синтезу, конкретизации, обобщению и систематизации нового учебного материала и, как следствие, формирования в сознании субъекта учебно-познавательной деятельности осмысленной им стройной конструкции химической картины мира.
ЛИТЕРАТУРА
1. Назарова Т.С, Грабецкнй А.А., Лаврова В.Н. Химический эксперимент в школе. - М.: Просвещение, 1987.
2. Плетнер Ю.В., Полосин В.С. Практикум по методике преподавания химии. - М.: Просвещение, 1981.
3. Полосин В.С. Школьный эксперимент по неорганической химии. - М.: Просвещение
4.Тарасовская Н.Е., Сыздыкова Г.К. Наглядные пособия и демонстрационный материал в преподавании естественнонаучных дисциплин в гуманитарных и технических вузах //Педагогический вестник Казахстана. – Павлодар, 2007. - № 2. – С. 76-83.
Химия в жизни человека
Эксперимент охватывает многие области человеческой деятельности и выражается в контролируемом изменении условий осуществления какого-либо явления с целью его изучения.
Химический эксперимент имеет важное значение и в химической науке, и в обучении химии. У истоков методики школьного химического эксперимента стояли такие известные методисты, как В.Н. Верховский, К.Я. Пармёнов, В.С. Полосин, Л.А. Цветков, А.А. Грабецкий и др.
Охарактеризуем триединые функции химического эксперимента . Образовательная функция заключается в том, что учащиеся получают информацию о свойствах веществах, о протекании химических реакций, о методах химической науки, происходит формирование практических умений и навыков. Только в тесном взаимодействии эксперимента и теории в учебно-воспитательном процессе можно достигнуть высокого качества обучения химии.
Воспитывающая функция эксперимента включает в себя формирование убеждений в объективности научных знаний в мире, в возможности познания и преобразования мира.
Химический эксперимент способствует развитию самостоятельности, повышает интерес к химии, т. к. в процессе его выполнения учащиеся убеждаются не только в практическом значении такой работы, но и имеют возможность творчески применять свои знания.
Химический эксперимент развивает мышление, умственную активность учащихся, его можно рассматривать как критерий правильности полученных результатов, сделанных выводов. Химический эксперимент открывает большие возможности как для создания и разрешения проблемных ситуаций, так и для проверки правильности выдвинутой гипотезы. В ходе выполнения эксперимента учащиеся овладевают общеорганизационными умениями по планированию, контролю собственной деятельности. Следовательно, эксперимент положительно влияет на развитие учащихся, а преподаватель имеет возможность управлять процессами мышления, обучения и усвоения знаний.
Эвристическая функция химического эксперимента проявляется в установлении новых а) фактов ; б) понятий и в) закономерностей .
Корректирующая функция химического эксперимента проявляется в преодолении трудностей освоения теоретического материала и исправлении ошибок учащихся. Очень час
Обобщающая функция химического эксперимента позволяет выработать предпосылки для построения различных типов эмпирических обобщений. С помощью серии опытов можно сделать обобщенный вывод, например, о принадлежности различных классов веществ к электролитам.
Исследовательская функция химического эксперимента наиболее ярко проявляется в проблемном обучении.
Виды химического эксперимента
Различают учебный демонстрационный эксперимент , выполняемый в основном преподавателем на демонстрационном столе, и ученический эксперимент – его проводят учащиеся на своих рабочих местах.
Демонстрационный эксперимент проводится главным образом при изложении нового материала для создания у школьников конкретных представлений о веществах, химических явлениях и процессах, а затем для формирования химических понятий. Он позволяет за небольшой промежуток времени сделать понятными важные выводы или обобщения из области химии, научить выполнять лабораторные опыты и отдельные приемы и операции.
Демонстрационный эксперимент проводится в следующих случаях:
– в распоряжение учащихся невозможно предоставить необходимое количество оборудования;
– опыт сложный, его не могут провести сами школьники;
– учащиеся не владеют нужной техникой для проведения данного опыта;
– опыты с небольшим количеством веществ или в небольшом масштабе не дают должного результата;
– опыты представляют опасность (работа с щелочными металлами, с применением электрического тока высокого напряжения и др.);
– необходимо увеличить темп работы на уроке.
Химический демонстрационный эксперимент должен отвечать следующим требованиям :
– соответствие целям и задачам урока ;
– наглядность
– техническая простота
Как правило, в химии объектом изучения выступает не сам прибор, а процесс в нём протекающий. Сложность прибора, несущественные детали опыта не должны отвлекать внимание учащихся от сущности эксперимента.
– надёжность : эксперимент должен проходить удачно, без срывов, для этого он заранее подготавливается преподавателем; неудавшийся демонстрационный опыт подрывает авторитет преподавателя. Если опыт всё-таки не получился, необходимо выяснить причины неудачи, устранить их и продемонстрировать опыт на следующем уроке.
– безопасность
К приёмам обеспечения безопасности эксперимента относят: чистоту посуды, предварительную проверку реактивов, использование реактивов в определённых количествах, строгое соблюдение указаний по технике проведения эксперимента. Если в ходе опыта ожидаются сильные эффекты (вспышка, громкий звук), то учащиеся заранее предупреждаются.
Ученический эксперимент обогащает учащихся знаниями, в ходе его вырабатываются разнообразные умения и навыки. К общелабораторным умениям относят: обращение с химической посудой и приборами, выполнение лабораторных операций (растворение, растворение, фильтрование, взвешивание и т.д.), получение веществ, их собирание, распознавание. Формируются и организационные умения: планирование эксперимента, самоконтроль, поддержание порядка на рабочем месте и т.д.
К основным видам ученического эксперимента относятся: лабораторные опыты, практические занятия, практикумы. Все они представляют разновидности самостоятельной работы учащихся, предполагающие выполнение химических опытов, а различаются прежде всего по дидактическим задачам.
Лабораторные опыты проводят преимущественно для изучения нового материала или его закрепления.
Практические работы имеют основную дидактическую задачу – совершенствование и применение знаний и умений, а также их контроль, каждый учащийся получает отметку за выполнение практической работы и оформление отчёта.
Организация химического эксперимента
Преподаватель химии должен уметь планировать эксперимент по всей теме и для конкретного урока, методически правильно его применять, отбирать варианты опытов, руководить познавательной деятельностью учащихся, анализировать и оценивать свою деятельность при проведении демонстраций и деятельность учащихся при выполнении ими самостоятельно экспериментальной работы.
В тематическом планировании в соответствии с учебной программой устанавливается последовательность проведения демонстраций, лабораторных опытов, практических занятий. Зная предварительно сроки проведения эксперимента, преподаватель имеет возможность заблаговременно подготовить к урокам оборудование, учебные пособия и др.
При составлении поурочных планов преподавателю нужно продумать, на каком этапе урока, в какой последовательности, с какими реактивами и приборами провести опыты, определить их место во время занятия в зависимости от значения поставленных задач, а также форму записи полученных результатов (рисунок, таблица, уравнение реакции и т. д.).
Роль преподавателя на практических работах заключается в наблюдении за правильностью выполнения опытов и правил техники безопасности, за порядком на рабочем столе, в оказании индивидуально-дифференцированной помощи.
Деятельность учащихся на практической работе оценивается на основании письменного отчета и результатов наблюдений. Такими критериями могут быть:
– безошибочное и аккуратное выполнение опытов;
– правильная запись объяснений, выводов и уравнений реакций;
– умелое обращение с реактивами и оборудованием;
– качество оформления отчета;
– соблюдение техники безопасности и дисциплины во время занятий.
Качество и прочность приобретенных умений и навыков зависят от частоты их применения на практических работах.
23
II. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА УЧЕБНОГО ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА В ШКОЛЕ
2.1. Определение понятия учебного эксперимента,
его классификация и место в обучении химии
Под понятием "натурный учебный химический эксперимент" мы подразумеваем средство обучения химии в виде специально организованных и проводимых опытов с веществами (реактивами), включаемых учителем в учебный процесс с целью познания, проверки или доказательства учащимися известного науке химического факта, явления или закона, а также для усвоения обучающимися определенных методов исследования химической науки.
Учебный химический эксперимент следует рассматривать, прежде всего, как дидактический инструмент для достижения главных целей обучения. С помощью химического эксперимента в школе можно учить детей наблюдать явления, формировать понятия, изучать новый учебный материал, закреплять и совершенствовать знания, формировать и совершенствовать практические умения и навыки, способствовать развитию интереса к предмету и т.д.
В отличие от других средств наглядности учебный химический эксперимент обладает определенной динамикой во времени, то есть внешнее проявление процесса постоянно меняется, в результате опыта получаются новые вещества, которые обладают отличающимися от исходных веществ свойствами, и с которыми можно проводить новые эксперименты.
Особенности и многообразие химических явлений, а, следовательно, и учебного химического эксперимента позволяют использовать его буквально во всех формах и на всех этапах учебно-воспитательного процесса.
Обычно учебные опыты, выполняемые на уроках химии, подразделяют в зависимости от субъекта их проведения на демонстрационные, лабораторные опыты и практические работы. Демонстрационный эксперимент выполняется учителем или учеником для всеобщего обозрения всех учащихся в классе; один проводит опыт, остальные наблюдают за ходом процесса. Лабораторные опыты выполняются, как правило, всеми учениками в классе во время объяснения учителя. Эти опыты должны быть простыми, непродолжительными по времени (2-3 мин) и безопасными в проведении. Все необходимое для лабораторных опытов должно быть заранее подготовлено на столах учащихся. Практические работы – это эксперимент по изучению определенной темы, выполняемый учениками под руководством учителя в течение всего урока.
В принципе данная классификация учебного эксперимента приемлема не только в отношении к урокам, но и для других форм учебно-воспитательного процесса, как: факультативы, практикумы, элективные курсы, химические кружки и другие формы внеклассной работы и т.д.
В зависимости от количества взятых для опыта реактивов и размеров химической посуды учебный химический эксперимент подразделяют на макроэксперимент и микроэксперимент, эксперимент с малым количеством реактивов.
Микроэксперимент (микрометод) в виде капельных реакций и микроскопического исследования осадков широко применяется в аналитической химии. Он обладает рядом очевидных достоинств: упрощается ход анализа; быстрее получается искомый результат, что имеет особенно большое значение в работе клинических, санитарно-гигиенических химико-технологических лабораторий; меньше расходуются реактивы; достигается бóльшая чувствительность и т. д.
Однако в школьных условиях применение микроэксперимента в большинстве случаев нецелесообразно. В первую очередь это относится к демонстрационным опытам, проведение которых в виде капельных реакциях не имеет смысла, так как учащиеся не смогут наблюдать ни ход реакции, ни ее результаты. Кроме того, использование микроэксперимента предполагает наличие в достаточном количестве (для всех учеников) специального оборудования: микропипеток, планшеток для проведения реакций и т.д.
На наш взгляд, на практических занятиях и при проведении лабораторных опытов следует использовать методики с использованием малых количеств реактивов, а демонстрационные опыты нужно осуществлять в виде макроэксперимента, чтобы обеспечить хорошую видимость его всеми учащимися.
В связи с тем, что показать в школе некоторые реакции невозможно, учителя при изучении химии прибегают к так называемому "мысленному эксперименту" – учащиеся представляют в уме, без наблюдения на опыте, те или иные процессы, характеризующие свойства веществ, их получение и т. д., и в уме прогнозируют те результаты, к которым тот или иной опыт может привести. Мы предлагаем называть этот вид эксперимента не "мысленным" а "виртуальным экспериментом". Поскольку считаем, что слово "виртуальный" более созвучно эпохе компьютеризации, то есть нашему времени, это современно. В толковых словарях русского языка и словарях иностранных слов слово "виртуальный" значит "несуществующий, но возможный", "возможный, который может проявиться при определенных условиях".
По месту проведения можно выделить школьный, домашний и полевой учебный химический эксперимент. Кроме того, особую роль в школе должны играть занимательные опыты. В общем виде классификацию учебного химического эксперимента можно представить в виде таблицы.
Само собой разумеется, что каждый вид учебного химического эксперимента имеет свои определенные цели и особенности исполнения. Демонстрационные опыты по химии могут проводиться в виде натуральных процессов или реакций; в виде имитационных опытов, когда одни вещества с целью большей безопасности, наглядности и экономичности заменяются другими; в виде мультимедиа-эксперимента, те есть показа опытов по телевизору, с помощью кинопроектора или компьютера.
Классификация учебного химического эксперимента
ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ УЧАЩИХСЯ
ДЕМОНСТРАЦИОН-
НЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
Цель: изучение нового материала.
Цель: закрепление и совершенствование знаний, формирование и совер-шенствование практических умений и навыков.
Цель: формировать понятия химии; научить наблюдать явления.
Действие индика-торов на кислоты и основания.
Цветные реакции на
Имитационные опыты
Эксперимент, проводимый по инструкции
Экспериментальная задача
Мультимедиа эксперимент
Получение алмазов из графита.
Получение и свойства фенола.
Замена бром-ной воды на иодную.
Замена формальдегида глюкозой в реакции сереб- ряного зеркала.
Получите оксид меди тремя способами и докажите, что это вещество – оснóвный оксид.
Докажите на опыте, что в состав полиэтилена входят углерод и водород.
Получение оксида углеро-да (IV) и опыты с ним.
Получение этилового эфира уксусной кислоты.
УЧЕБНЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
ПОЛЕВОЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
ВИРТУАЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
ДОМАШНИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ОПЫТЫ
Цель: сделать химические опыты безопаснее, дешевле и нагляднее; развить мышление учащихся.
Цель: способствовать развитию интереса к предмету и более осознанному усвоению научных знаний.
Цель: формирование и развитие интереса учащихся к химии.
Разложение оксида ртути или бертолетовой соли.
Синтез органических
соединений.
Получение бездымного пороха.
Извержение вулкана.
Самовозгорание
спиртовки.
Экспресс-анализ почвы и воды в полевых условиях.
Химия в
быту
Получение веществ
Изучение свойств веществ
Опыты с крахмалом.
Опыты с сахаром.
Получение индикаторов.
Получение крахмала.
Свойства поваренной соли, уксуса, соды и т.д.
Основная цель демонстрационных опытов – это развитие наблюдательности, формирование новых знаний и понятий химии. Ключевые достоинства демонстрационных опытов – их наглядность, возможность своевременно направлять внимание учащихся на главное звено процесса, экономия времени и реактивов. Однако этот вид эксперимента не дает возможность формирования у учащихся специальных навыков.
Лабораторные опыты замечательны тем, что при включении их в объяснение нового материала, ученики воочию убеждаются в верности тех или иных высказываний учителя и одновременно приобретают некоторые навыки химического эксперимента, развивают наблюдательность. В то же время подготовка к проведению этих опытов требует бóльшего времени, расходуются реактивы, учителю приходится уделять больше внимания на обеспечение безопасности на уроке. Основная цель лабораторных опытов – это обеспечение наглядности при изучении нового материала.
Практические работы, являясь важным источником познания нового материала, способствуют, кроме того, формированию и совершенствованию практических умений и навыков учащихся. Основными проблемами при их проведении являются обеспечение всех учащихся реактивами, посудой и оборудованием, а также выполнение всеми учащимися правил техники безопасности.
Выполняя лабораторные опыты и практические работы, учащиеся самостоятельно исследуют химические явления и закономерности, на практике убеждаясь в их достоверности. Естественно, что эта практическая деятельность учеников не может осуществляться без руководящего слова учителя. Необходимо добиваться, чтобы при проведении экспериментов ученики проявляли творческий подход, то есть применяли бы свои знания в новых условиях. Важным достоинством этих видов учебного эксперимента является то, что учащиеся, в отличие от демонстрационных опытов, включают в процесс познания практически все органы чувств, что способствует более прочному и глубокому усвоению материала.
Практические занятия проводятся обычно в конце изучения одной или нескольких тем курса и преследуют определенные цели.
Во-первых – это закрепление знаний по химии, в том числе основного экспериментального материала, путём самостоятельного выполнения определенных опытов учащимися. При этом практические занятия, проводимые в заключение ряда тем, дают возможность удачно обобщить экспериментальный и теоретический материал, что не всегда возможно на обычном уроке.
Во-вторых, происходит дальнейшее развитие практических навыков и овладение техникой химического эксперимента.
В-третьих, реализуется творческое применение знаний в процессе экспериментального решения задач и практических вопросов, что имеет большое значение для формирования умений пользоваться знаниями в активной форме, для расширения кругозора учащихся о применении химии в жизни.
Умелая организация домашнего химического эксперимента способствует развитию интереса учащихся к химии, расширению их кругозора, более осознанному усвоению химических знаний. Оказывая помощь ученикам в организации домашних лабораторий, учителю необходимо поставить в известность родителей, чтобы избежать нежелательных последствий при проведении опытов в домашних условиях.
Занимательные опыты можно изредка проводить на уроках, но чаще использовать на внеклассных занятиях с целью формирования и развития интереса учащихся к химии. Однако нельзя ни в коем случае превращать химические опыты в фокусы, даже при демонстрации их в младших классах. Поэтому, применяя учебный химический эксперимент во внеклассной работе, необходимо широко использовать все виды эксперимента, включая и полевые опыты.
В качестве полевых опытов можно рекомендовать качественные реакции на содержание отдельных элементов в объектах внешней среды. Необходимые для этого химические реактивы и посуду укладывают в специальные пеналы или коробочки, позволяющие переносить или транспортировать их без всякого риска и ущерба. В каждую укладку помещают инструкцию по технике анализа, карандаш и чистый лист бумаги для оформления работы.
Виртуальный эксперимент рекомендуется проводить в тех случаях, когда исходные вещества недоступны, реакции протекают длительно во времени, сопровождаются выделением опасных веществ, требуют сложного оборудования и т.д. Кроме того, виртуальные опыты полезны перед проведением реальных процессов, чтобы убедиться в том, что ученики полностью осознают ход предстоящего опыта. В любом случае, виртуальные опыты основаны на представлениях воображения, и, чтобы они были ближе к фактическим явлениям, необходимо предварительно формировать у учащихся соответствующие представления памяти. Особой формой виртуального химического эксперимента являются опыты, которые можно конструировать и "проводить" с помощью компьютерных программ (Chem. Lab., Виртуальная химическая лаборатория и др.).
Как и в других естественнонаучных дисциплинах, учебный эксперимент в преподавании химии имеет целью способствовать решению основных учебно-воспитательных задач, как: усвоение основ химической науки, знакомство с ее методами исследования и овладение специальными умениями и навыками; формирование и развитие способностей учащихся, их познавательной и мыслительной деятельности; политехническая подготовка и ориентация учащихся на химические профессии; формирование мировоззрения учащихся и естественнонаучной картины мира в их сознании; осуществление трудового, нравственного, экологического воспитания; всестороннее развитие личности и т.д.
По мнению многих методистов, химический эксперимент играет ведущую роль в успешном решении учебно-воспитательных задач при обучении химии во многих направлениях в качестве исходного источника познания явлений, как необходимое, и часто единственное, средство доказательства правильности или ошибочности сделанного предположения, а также подтверждения (иллюстрации) бесспорных положений, сообщаемых учителем или почерпнутых учащимися из учебника; как единственное средство для формирования и совершенствования практических навыков в обращении с оборудованием, веществами, в получении и распознавании веществ; как важное средство для развития, совершенствования и закрепления теоретических знаний; как способ проверки знаний и умений учащихся; как средство формирования интереса учащихся к изучению химии, развития у них наблюдательности, любознательности, инициативы, стремления к самостоятельному поиску и совершенствованию знаний и применению их в практике.
Учебный химический эксперимент может с успехом применятся на всех ступенях учебного процесса. Прежде всего, эксперимент обеспечивает наглядное ознакомление учащихся с изучаемыми веществами. С этой целью демонстрируются образцы веществ, коллекции в виде раздаточного материала, ставятся опыты, характеризующие физические свойства веществ. После этого учащихся начинают знакомиться с его химическими свойствами.
При объяснении нового материала эксперимент помогает иллюстрировать изучаемую тему не только соответствующими химическими явлениями, но и конкретным практическим применением, в результате учащиеся более осознанно воспринимают теоретические основы химии.
Использование эксперимента при закреплении новой темы позволяет учителю выявить, как усвоен новый материал, и наметить методику и план дальнейшего изучения данного вопроса.
Применение домашнего эксперимента способствует привлечению учащихся к самостоятельной работе с использованием не только учебников, но и дополнительной, справочной литературы.
С целью текущего, а также итогового контроля и учета практических знаний одним из средств также является химический эксперимент в виде практических занятий учащихся и решения экспериментальных задач. С помощью эксперимента можно оценить многие качества учащихся, начиная от уровня знания теории до практических умений учеников.
Большие возможности в обучении и воспитании школьников заложены в применении учебного эксперимента на факультативах, в рамках профильного обучения и во внеклассных занятиях. Здесь ученикам предлагаются более усложненные эксперименты, в том числе с более выраженной политехнической направленностью.
Особо следует подчеркнуть роль учебного химического эксперимента в формировании познавательного интереса у учеников как мотива познавательной деятельности, поскольку им определяются и направляются все психические процессы учения: восприятие, память, мышление, внимание и др.
Велика значимость применения химического эксперимента при использовании учителем метода проблемного изложения материала. Деятельность педагога здесь заключается в постановке проблемы и раскрытии доказательного пути её решения через постановку эксперимента. При этом важно, чтобы ученики сами пришли к выводу о необходимости постановки соответствующих опытов, приняли бы участие в их разработке и проведении. И эксперимент здесь может выступать как важнейший метод доказательства истинности или ложности выдвинутых гипотез.
Использование химического эксперимента позволяет учащимся овладевать практическими умениями и навыками, установленными образовательными стандартами как обязательные, в том числе: технические (обращение с реактивами, работа с оборудованием, сборка приборов и установок из готовых деталей и узлов, выполнение химических операций, соблюдение правил техники безопасности); измерительные (измерение температуры, плотности и объёма жидкостей и газов, взвешивание, обработка результатов измерений); конструкторские (изготовление приборов и установок, их ремонт, усовершенствование и графическое оформление).
С помощью эксперимента можно оценить многие качества учащихся, начиная от уровня знания теории до практических умений и навыков учеников.
При всем этом нельзя забывать, что химический эксперимент, выполняя различные дидактические функции, может использоваться в различных формах и должен сочетаться с другими методами и средствами обучения. Он представляет собой систему, в которой используется принцип постепенного повышения самостоятельности учащихся: от демонстрации явлений через проведение лабораторных опытов под руководством преподавателя к самостоятельной работе при выполнении практических занятий и решении экспериментальных задач.
Химический эксперимент развивает мышление, умственную активность учащихся. Часто эксперимент становится источником формируемых представлений, без которых не может протекать продуктивная мыслительная деятельность. В умственном развитии ведущую роль играет теория, но в единстве с экспериментом, с практикой.
2.2. Методика и техника учебного натурного эксперимента
К проведению школьного эксперимента предъявляются определенные методические и технические требования.
Демонстрационные опыты проводятся с целью создания у учащихся определенных представлений о веществах, химических явлениях и процессах с последующим формированием химических понятий. Однако демонстрации опытов не вырабатывают у учащихся требуемых экспериментальных умений и навыков, поэтому должны дополняться лабораторными опытами и практическими занятиями.
Демонстрационный эксперимент проводится, когда опыт сложный и не может быть осуществлен самими учащимися; учащиеся не владеют нужной техникой для проведения данного опыта; лабораторные опыты не дают должного результата; в распоряжение учащихся невозможно предоставить необходимое количество оборудования; опыты представляют некоторую опасность для учащихся.
Демонстрационный эксперимент, независимо кто его проводит, учитель или ученик, должен, прежде всего, быть безопасным, как для экспериментатора, так и для наблюдателей. К другим требованиям, которым должен соответствовать эксперимент относятся: наглядность, возможность увидеть все детали и моменты опыта всеми учениками, надежность, выразительность, эмоциональность, убедительность, быстрое и простое исполнение. Демонстрационный эксперимент должен сочетаться со словом учителя. В связи с этими требованиями можно выделить ряд методических рекомендаций.
Учитель несет ответственность за безопасность учащихся, поэтому в кабинете должны находиться средства пожарной безопасности, вытяжной шкаф для проведения работ с вредными и пахучими веществами, средства для оказания первой помощи. Реактивы для проведения опытов должны быть проверены заранее, посуда для эксперимента должна быть чистой. При проведении опасных опытов следует использовать защитный экран.
Демонстрационный эксперимент следует проводить в колбах, стаканах или больших пробирках, чтобы химическое явление можно было наблюдать с любой точки класса. На демонстрационном столе не должно быть ничего лишнего. Учитель не должен заслонять какими-либо предметами оборудование и посуду, которыми он оперирует, от взглядов учеников. Можно использовать подъемный столик или кодоскоп.
Оборудование для демонстрации эксперимента не должно содержать лишних деталей, чтобы внимание обучаемых не отвлекалось от химического процесса. Не следует слишком увлекаться эффектными опытами, так как менее эффектные опыты перестанут вызывать интерес.
Опыт всегда должен удаваться, и с этой целью техника эксперимента перед его проведением должна быть тщательно отработана; все этапы проведения эксперимента должны быть продуманы; недопустима небрежность в оформлении опыта, необходимо заранее предусмотреть возможные неудачи при проведении опыта и подготовить для таких случаев запасные детали оборудования и реактивы. Все что необходимо для опыта должно быть у учителя под рукой. В случае неудачи, необходимо выяснить ее причину, и повторить опыт на этом или следующем уроке. По возможности опыты нужно повторять неоднократно, чтобы учащиеся их лучше запомнили, иначе через некоторое время однократно полученные представления сотрутся из памяти школьников.
Любой опыт должен сочетаться словом учителя, так как только чувственные восприятия сами по себе не могут гарантировать выработку правильных представлений у учащихся. В процессе наблюдений они могут обратить свое внимание не на главные признаки предмета или явления, а на второстепенные или случайно сопутствующие и получить в результате неполное, нечеткое и даже искаженное представление об изучаемом объекте. Более правильным отображением реального мира, более адекватным ему восприятие становится тогда, когда к ощущениям прибавляется деятельность мышления, в данном случае направляемая словом учителя.
Учитель обязан указывать ученикам, что и как они должны наблюдать в процессе эксперимента. Если преподавателю важно, чтобы учащиеся правильно воспринимали то, что он им показывает, он должен заранее организовать процесс наблюдения, предварительно подготовить к нему учащихся и затем помогать правильному восприятию в процессе эксперимента.
Сочетание эксперимента со словом учителя или ученика осуществляется различными способами, которые определяются различными причинами, что можно проиллюстрировать в виде алгоритмов.
При изучении физических свойств веществ применяется алгоритм: "Посмотрите и назовите (перечислите)", то есть учитель демонстрирует образец изучаемого вещества или выдает ученикам раздаточный материал, например, образцы алюминия, и просит перечислить физические свойства металла, определяемые непосредственно органами чувств (агрегатное состояние, цвет, запах и др.). Этот же прием можно использовать также при повторной демонстрации однотипных свойств веществ одного класса, например, при показе действия фенолфталеина на раствор KOH, если до этого демонстрировался опыт с раствором NaOH.
При изучении более сложных вопросов, которые, однако, могут быть относительно легко поняты учениками, может использоваться алгоритм: "Посмотрите; расскажите, что видели; объясните данное явление". Например, при изучении понятий гидролиза солей учитель демонстрирует действие индикатора на различные соли. Ученики видят, что индикатор окрашивает растворы солей различным образом, и отмечают, что среда растворов различна. Учитель просит объяснить внешние признаки опыта, то есть раскрыть суть явления, создав тем самым проблемную ситуацию Естественно, учащиеся не всегда могут ответить на поставленный учителем вопрос. Сущность гидролиза разъясняется учителем далее в ходе беседы.
В рассмотренных вариантах эксперимент (демонстрация опыта) предшествовал словесному обсуждению увиденного. Эти варианты сочетания слова и наглядности получили название исследовательских.
Рассмотрим обратные варианты. При изучении свойств серной кислоты, например, учитель может сказать: "Серная кислота в водном растворе обладает свойствами типичными для неорганических кислот и реагирует с металлами, оснóвными оксидами, кислотами, солями". Затем проводится соответствующий демонстрационный или лабораторный эксперимент. Алгоритм такого варианта сочетания слова и наглядности можно выразить так: "Факты таковы …, а теперь посмотрите, как это выглядит". Этот вариант сочетания слова и наглядности носит название иллюстративного. При его применении создание проблемной ситуации на уроке становится более затруднительной.
Иллюстративный метод целесообразен при объяснении сложных вопросов, требующих полного предварительного осмысления и понимания со стороны учащихся. Например, для экспериментального обоснования истинной графической формулы этанола, учитель предварительно обсуждает возможные варианты формул. Затем учитель ставит проблему: как доказать, какая формула соответствует этанолу; проводит тщательное обсуждение вопроса теоретически; и только после этого приступает к эксперименту. После эксперимента делается вывод по существу вопроса. Данный вариант также является иллюстративным, однако при его реализации имеет место большая мыслительно-познавательная деятельность учащихся, что в определенной мере компенсирует главный недостаток этого подхода – длительность во времени. Алгоритм можно выразить следующим образом: "Имеется необъяснимый, непонятный факт или учебная проблема; высказываются гипотезы по разрешению проблемы; мысленно разрабатывается вариант опыта для подтверждения (или опровержения) гипотезы; устанавливается оборудование и проводится эксперимент; проводятся наблюдения, необходимые измерения, вычисления; делаются выводы по разрешению исходной проблемы; при необходимости проводятся дополнительные опыты".
Деление методов сочетания слова и опыта на иллюстративные и исследовательские не означает, что во время опыта учитель не говорит ни слова. В любом случае учитель должен разъяснять ход эксперимента и направлять внимание учащихся на самое существенное в данный момент процесса.
Как правило, демонстрационные эксперименты не должны быть длительными. Если не удается подобрать опыт непродолжительный по времени, то лучше всего продемонстрировать учащимся на уроке несколько промежуточных стадий эксперимента и его конечный результат.
Возникающие при ожидании результата эксперимента паузы нужно использовать для организации диалога со школьниками, выяснения условий проведения эксперимента и признаков химических реакций.
Большое образовательное и воспитательное значение имеет эксперимент, проводимый самими учащимися (лабораторные опыты, практические занятия и т.д.), который также имеет ряд особенностей. По сравнению с демонстрационным экспериментом учителя он должен быть, безусловно, безопасным и посильным для выполнения каждым учащимся; способствовать развитию умений и навыков техники лабораторных работ, аккуратности, осмотрительности и бережного отношения к материалам и предметам оборудования; приучать учащихся творчески подходить к разрешению возникающих вопросов.
Лабораторные опыты проводятся во время объяснения учителя по его устным указаниям. При этом чаще всего используется алгоритм: "Добавьте А к веществу (раствору) Б; наблюдайте внимательно за …; запишите ваши наблюдения и уравнения реакции". Объемы используемых реактивов должны быть минимальными для осуществления только запланированных реакций и ясного проявления соответствующих признаков в течение достаточного времени, чтобы ученики их заметили и зафиксировали в памяти.
Практические работы (занятия) бывают двух видов: проводимые по инструкции и экспериментальные задачи.
Инструкция является ориентировочной основой деятельности учащихся. В ней подробно в письменном виде должен быть изложен каждый этап выполнения опытов, даны указания как избежать возможных ошибочных действий, указания по технике безопасности к данной работе.
Перед тем как ученики будут выполнять практическую работу по инструкции учителю необходимо ясно и кратко показать им необходимые лабораторные приемы и манипуляции. Это можно проделать в процессе предварительной подготовки к практической работе.
Экспериментальные задачи не содержат инструкции, а только условие. Учащиеся должны самостоятельно разработать план решения и осуществить его на практике, получив тем самым определенный материальный результат.
До проведения практического занятия необходимо обязательно ознакомить учащихся с конструкциями приборов, приемами лабораторной техники, проанализировать цели и содержание работы и увязать это с домашним заданием по анализу инструкции.
На практическом занятии в начале урока должна быть проведена краткая беседа о правилах техники безопасности и об узловых моментах работы. На демонстрационном столе нужно разместить в собранном виде все используемые в работе приборы. Учащиеся тут же на уроке должны оформить соответствующим образом свою работу.
Требования к проведению занимательных опытов и полевого эксперимента и методика их исполнения вытекают из описанных выше рекомендаций.
Существенными проблемами организации учебного химического эксперимента является соблюдение правил техники безопасности при выполнении опытов, уборка рабочего места, мытьё посуды и утилизация использованных реактивов.
2.3. Унификация учебного эксперимента
Под унификацией химического эксперимента в обучении мы подразумеваем рациональное сокращение видов приборов и установок, с помощью которых осуществляется проведение опытов. В предлагаемом приборе (иногда с дополнениями или изменениями) можно с успехом проводить различные химические реакции, как во время демонстрационных опытов, так и в ходе ученического эксперимента.
Основу прибора составляют колба или склянка вместимостью 50-200 мл, пробка с делительной воронкой (соответственно колбе) на 25-100 мл, у прибора должна быть газоотводная трубка. Возможны самые разные модификации унифицированного прибора (с использованием колб Вюрца, Бунзена и т.д.) (рис. 2).
Рис. 2. Некоторые модификации унифицированного прибора.
Применение данной установки обеспечивает безопасность проведения химических опытов, так как выделение газообразных и летучих ядовитых веществ можно количественно регулировать и направлять их либо непосредственно для проведения реакций с участием этих газов, либо для улавливания поглотительными приборами.
Другое преимущество данного прибора - возможность быстрой и точной дозировки исходных веществ, используемых для эксперимента. Вещества и растворы помещают в колбы и делительные воронки заранее, до начала занятий, в необходимом количестве, а не на глазок, как это обычно бывает при демонстрации опытов в пробирках или стаканах, когда вещества и растворы набирают непосредственно на уроке во время показа опытов.
При использовании прибора достигается восприятие опыта всеми учащимися, а не только теми, кто сидит на первых партах, как это бывает при проведении опытов в пробирках. Рекомендуемый прибор позволяет осуществлять качественные и количественные эксперименты по химии в школе, а также в средних специальных и высших учебных заведениях. Проиллюстрируем принципиальное применение прибора на примере некоторых опытов, сгруппировав их по сходным признакам.
Получение газов . В основе получения большинства газов, изучаемых в школе, лежат гетерогенные реакции между твердыми и жидкими фазами. Твердую фазу помещают в колбу, которую закрывают пробкой с воронкой и газоотводной трубкой. В воронку наливают соответствующий раствор или жидкий реагент реакции, прибавление которого в колбу дозируется с помощью крана делительной воронки. При необходимости колбу с реакционной смесью нагревают, регулируя объем выделяющегося газа и скорость реакции.
Используя прибор и соответствующие реактивы, можно получать кислород, озон, хлор, водород, углекислый, угарный и сернистый газы, галогеноводороды, азот и его оксиды, азотную кислоту из нитратов, этилен, ацетилен, бромэтан, уксусную кислоту из ацетатов, уксусный ангидрид, сложные эфиры и многие другие газообразные и летучие вещества.
Естественно, что одновременно при получении газов с помощью прибора можно демонстрировать их физические и химические свойства.
Реакции между растворами. В данном приборе удобно проводить эксперименты, в которых добавление жидкого реактива необходимо осуществлять небольшими порциями или по каплям, когда на ход реакции влияет избыток или недостаток одного из исходных веществ и т.д., например:
Растворение серной кислоты в воде и соблюдение правил безопасности при этой операции;
Опыты, иллюстрирующие диффузию веществ в жидкостях или газах;
Определение относительной плотности взаимно нерастворимых жидкостей и образование эмульсий;
Растворение твердых веществ, явление флотации и образование суспензий;
Реакции гидролиза солей, если важно показать изменение степени гидролиза в зависимости от объема воды, прибавляемой к раствору соли;
Опыты, иллюстрирующие окраску индикаторов в различных средах и реакции нейтрализации;
Реакции между растворами электролитов;
Реакции, продолжительные по времени;
Реакции органических веществ (бромирование и нитрование бензола, окисление толуола, получение мыла и анилина, гидролиз углеводов).
Демонстрация характерных свойств изучаемого вещества. С помощью прибора можно последовательно и наглядно, с минимальной затратой времени демонстрировать характерные физические и химические свойства изучаемого вещества. При этом экономятся реактивы, достигается необходимая безопасность эксперимента (выделяющиеся вредные газы и летучие вещества улавливаются соответствующими поглотительными растворами), обеспечивается лучшее восприятие эксперимента всеми учащимися класса.
Рассмотрим подготовку и проведение эксперимента при демонстрации свойств соляной кислоты. Учитель до урока готовит необходимое число колб (по числу изучаемых реакций) и одну пробку с делительной воронкой и газоотводной трубкой в ней. В колбы заранее помещают вещества или растворы (цинк, медь, оксид меди (II), гидроксид меди (II), раствор гидроксида натрия с фенолфталеином, карбонат натрия, раствор нитрата серебра и т.д.). В делительную воронку наливают около 30 мл раствора (10-20%) соляной кислоты. Во время урока учителю надо лишь переставлять пробку с делительной воронкой, наполненной кислотой, из одной колбы в другую, расходуя на каждую реакцию 3-5 мл раствора.
Если в ходе реакций образуются ядовитые летучие соединения, то газоотводную трубку прибора опускают в соответствующие растворы для поглощения этих веществ, а реакционную смесь в колбе после окончания опыта обезвреживают.
Растворимость газов в воде. Демонстрационный опыт растворимости газов в воде рассмотрим на примере оксида серы (IV). Для опыта потребуются два прибора. В первом приборе (в колбе - сульфит натрия, в делительной воронке - концентрированный раствор серной кислоты) получают оксид серы (IV), который способом вытеснения воздуха собирают в колбу второго прибора. После заполнения этой колбы газом в воронку наливают воду, газоотводную трубку опускают в стакан с водой, подкрашенной фиолетовым лакмусом или другим индикатором (рис. 3).
Рис. 3. Демонстрирование растворимости газов.
Если теперь открыть зажим или кран газоотводной трубки, то вследствие небольшой поверхности контакта (через внутреннее отверстие трубки) оксида серы (IV) и воды, заметное растворение газа с последующим фонтанированием жидкости в колбу происходит не сразу, а через довольно долгий промежуток времени, пока в колбе не создастся достаточное разрежение.
Чтобы ускорить этот процесс, из воронки в колбу наливают (при закрытом зажиме на газоотводной трубке) 1-2 мл воды и слегка встряхивают.
Этого объема воды вполне достаточно, чтобы давление в колбе понизилось, а подкрашенная индикатором вода при снятии зажима с газоотводной трубки фонтаном устремилась в колбу, меняя при этом цвет индикатора. Для усиления эффекта колбу можно перевернуть вверх дном, закрыв предварительно делительную воронку пробкой и не вынимая газоотводную трубку из стакана с водой.
Обесцвечивание красителей. В колбу прибора помещают около 0,5 г перманганата калия. В нижнюю часть пробки вкалывают две иголки, на которые накалывают по лоскутку окрашенной ткани или полоски лакмусовой бумаги. Один из образцов смачивают водой, второй оставляют сухим. Колбу закрывают пробкой, в делительную воронку наливают несколько миллилитров концентрированной соляной кислоты, газоотводную трубку опускают в раствор тиосульфата натрия для поглощения избытка выделяющегося хлора (рис. 4).
Во время демонстрации опыта кран делительной воронки приоткрывают и выливают кислоту по каплям в колбу, затем вновь закрывают кран. В колбе идет реакция между веществами с выделением хлора, влажная ткань или полоска лакмусовой бумаги обесцвечивается быстро, а сухой образец - позже, по мере его увлажнения.
Рис. 4. Демонстрирование обесцвечивания красителей.
Примечание. Многие ткани окрашены устойчивыми к хлору и другим отбеливателям красителями, поэтому необходимо провести предварительные испытания и заранее выбрать соответствующие образцы тканей. Таким же образом можно показать обесцвечивание красителей сернистым газом.
Адсорбционные свойства угля или силикагеля. В колбу помещают около 0,5 г порошка или стружки меди. В нижнюю часть пробки вкалывают кусочек металлического провода с загнутым концом, к которому прикрепляют небольшую сеточку, предназначенную для удержания активированного сорбента массой 5-15 г (рис. 5).
Рис. 5. Установка для демонстрации адсорбции газов.
Колбу прибора закрывают подготовленной таким образом пробкой, а в воронку наливают азотную кислоту. Газоотводную трубку, снабженную зажимом (зажим до начала опыта открыт), опускают в стакан с подкрашенной водой. После сборки прибор проверяют на герметичность. В момент демонстрации опыта кран делительной воронки приоткрывают и выливают несколько капель кислоты в колбу, в которой происходит реакция с выделением оксида азота (IV). Не следует добавлять избыток кислоты, необходимо чтобы объем выделившегося газа соответствовал объему колбы.
После окончания реакции, что определяют по прекращению выделения пузырьков вытесняемого из колбы воздуха через газоотводную трубку, зажим на ней закрывают. Прибор устанавливают перед белым экраном. Об адсорбции оксида азота (IV) в колбе судят по исчезновению окраски газа. Кроме того, вследствие образования в колбе некоторого разрежения в нее засасывается жидкость из стакана, если на газоотводной трубке открыть зажим.
Опыты по изучению электропроводности веществ и растворов . Если через пробку прибора пропустить дополнительно два металлических или лучше два графитовых стержня (электрода), нижние концы которых почти касаются дна колбы, и присоединить их через лампочку или гальванометр к источнику тока, то получим установку для определения электрической проводимости растворов веществ и изучения положений теории электролитической диссоциации (рис. 6).
Рис. 6. Прибор для определения электропроводности растворов.
Количественные опыты на основе реакций, протекающих с выделением газов. Если подвести газоотводную трубку прибора под градуированный цилиндр с водой, установленный в кристаллизатор с водой, и собирать выделяющийся в ходе реакции газ методом вытеснения воды, то по объему полученного газа можно провести количественные расчеты по установлению молярных масс веществ, подтверждению закономерностей химической кинетики и термохимии, определению формулы этанола и других веществ и т. д. (рис. 7). Если выделяющийся в ходе реакции газ растворяется или реагирует с водой, то необходимо использовать в опытах другие жидкости и растворы. Приведенные примеры не исчерпывают все возможности предлагаемого унифицированного прибора в учебном химическом эксперименте. Если иметь в запасе пробки с двумя газоотводными трубками или с двумя делительными воронками, а также другие варианты установки, то число опытов с использованием унифицированного прибора можно значительно увеличить, что будет способствовать научной организации труда
химические явления, проводить химический эксперимент ...
Непрерывное географическое образование новые технологии в системе высшей и средней школы ггу имени ф скорины
ДокументЭкономическими районами» (где определения понятий ?!). Попросите теперь выпускника школы или студента младшего курса... определенную структуру организации учебной работы. В формах обучения находят отражение состав и категория обучаемых лиц, место ...
Программа спецкурса « актуальные проблемы методики обучения химии в школьном курсе » для слушателей курсов повышения квалификации учителей химии организаций общего
Программа спецкурса... «Химический эксперимент в современной школе» Тематика раздела: Виды эксперимента и методика его использования. Функции химического эксперимента . Проблемный эксперимент . 1 Методика применения химического эксперимента на уроках химии ...
... определенных классификации учебного ... части химии , в условиях профильного обучения в сельской школе (статья). Для проведения химического эксперимента ...
Методика использования электронных изданий во внеклассной работе по химии содержание
Автореферат диссертации... определенных издателем. Все представленные принципы классификации позволяют учесть отдельные характеристики электронных средств учебного ... части химии , в условиях профильного обучения в сельской школе (статья). Для проведения химического эксперимента ...