CC BY
47
Научни трудове на Съюза на учените в България-Пловдив, серия Б. Естествени и хуманитарни науки, т. XV, 2013 г. Научна сесия „Техника и технологии, естествени и хуманитарни науки", 25-26 X 2012 Scientific researches of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series B. Natural Sciences and the Humanities, Vol. XV, ISSN 1311-9192, Technics, Technologies, Natural Sciences and Humanities Session, 25-26 oktober 2012.
МЯСТО НА ХИМИЧНИЯ ЕКСПЕРИМЕНТ В ПОЗНАВАТЕЛНИТЕ МОДЕЛИ ЗА ИЗУЧАВАНЕ НА ОКСИДИТЕ Елена Гергова, Антоанета Ангелачева ПУ „Паисий Хилендарски"
PLACE OF SCHOOL CHEMICAL EXPERIMENT IN THE COGNITIVE MODELS FOR STUDYING OXIDES Elena Gergova, Antoaneta Angelacheva Plovdiv University "Paisii Hilendarski"
Abstract
In the paper are presented the cognitive models for experimental studying oxides; for uncovering the essential indications of the concepts basic, acid and amphoteric oxides. The models can be used by the students in the practices on the Methodology and Technique of School Chemical Experiment, in the school chemistry practice.
Учебното съдържание по химия може да се разглежда като минимизиран модел на химичната наука, чийто основен метод на изследване е експериментът. Той носи съществена информация за изучаваните обекти - веществата и химичните реакции.
При организиране на процеса на обучение по химия в училище експериментът е основен учебен метод, независимо дали се обсъжда в групата на нагледните методи (т.е. дали е демонстрационен химичен експеримент) или в тази на практическите методи (т.е. лабораторен химичен експеримент).
В този аспект важна задача на обучението на студентите-бъдещи учители по химия е както овладяване на теоретичните измерения на познавателното значение и на възпитателния потенциал на учебния химичен експеримент, така и формиране на умения за неговото успешно реализиране в урока.
Целта на работата е създаване на познавателни модели за експериментално изучаване на оксидите (основни, киселинни и амфотерни) в процеса на обучение по химия.
Настоящото изследване е продължение на отразения в друга наша работа модел за организиране на упражненията на студентите по дисциплината „Методика и техника на учебния химичен експеримент" (моделът е конкретизиран при изучаване на простите вещества на химичните елементи) [3].
Анализът на учебните програми и на учебното съдържание по химия позволява за различните познавателни равнища, на които се разкриват знанията за оксидите, да изградим съответни познавателни модели за тяхното експериментално изучаване.
• Емпирично равнище, учебен предмет „Човекът и природата" 5. и 6. клас
В 5. клас на примера на вещества, разпространени в природата и с важно практическо значение, учениците се запознават с понятието оксид като название на конкретни сложни вещества:
- въглероден оксид - отделя се при дишането, гниенето на растителни и животински остатъци, изригването на вулкани, горенето на въглища, бензин и други горива;
- серен диоксид и азотен диоксид - променливи съставни части на въздуха, чиито
количества могат да нарастват в резултат на природни процеси или на човешката дейност, което ги превръща в замърсители на атмосферата.
В 6. клас знанията за оксидите се свързват с изучаване на свойствата на простото вещество на елемента кислород. В табл. 1 е показано мястото на химичния експеримент при проблемното разглеждане на химичните свойства на кислорода.
Таблица 1. Място на химичния експеримент при проблемното изучаване на химичните свойства на простото вещество кислород
ОП. Какви са химичните свойства на кислорода?
ЧП; - Взаимодейства ли кислородът с простото вещество водород и кой е продуктът? ХЕ1 - горене на водород в кислородна среда. Р1 - получава се вода: водород + кислород ^ вода.
ЧП, - Взаимодейства ли кислородът с простото вещество сяра и кой е продуктът? ХЕ2 - горене на сяра в кислородна среда. Р2 - получава се серен диоксид: сяра + кислород ^ серен диоксид.
ЧП3 - Взаимодейства ли кислородът с простото вещество желязо (натрий) и кой е продуктът? ХЕ3 - горене на железни стърготини в кислородна среда. Р3 - получава се трижелезен тетраоксид: желязо + кислород ^ трижелезен тетраоксид.
ЧП4 - Взаимодейства ли кислородът със сложното вещество спирт и кои са продуктите? ХЕ4 - горене на спирт. Р4 - получава се въглероден диоксид и вода.
ОП - основен проблем; ЧП - частен проблем; ХЕ - химичен експеримент; Р -резултат.
Обобщаването на резултатите от химичния експеримент позволява извеждане на първите съществени признаци на понятието оксид:
- получава се при взаимодействие на кислород с прости вещества или с химични съединения;
- съставен е от химичния елемент кислород и от още един химичен елемент, т.е оксидът е сложно вещество;
- има молекулен или йонен строеж, който се извежда чрез посочване на конкретни примери и с помощта на модели.
Експерименталното изследване на физичните и химичните свойства на конкретни оксиди в 6. клас (макар и подчинено на друга цел - разкриване на признаците на реакцията химично съединяване) обогатява изследователския модел за тяхното изучаване (табл. 2) и подготвя извеждането на съществени признаци, които стоят в основата на класификацията на оксидите.
Таблица 2. Място на химичния експеримент при проблемното изучаване на физичните и химичните свойства на оксидите
ОП. Кои са по-важните свойства на оксидите (калциев оксид, вода, серен диоксид)?
ЧП1 - Кои физични свойства са характерни за оксидите? ХЕ1 - образци от различни оксиди. Р1 - описание на агрегатно състояние, цвят, мирис.
ЧП2 - Взаимодейства ли калциевият оксид с вода и кой е продукты? ХЕ2 - изследване отнасянето на калциев оксид към вода. Р2 - получава се ново съединение - калциев дихидроксид.
ЧП3 - Взаимодейства ли серният диоксид с вода и кой е продукты? ХЕ3 - изследване отнасянето на серен диоксид към вода. Р3 - получава се ново съединение - сериста киселина.
ЧП4 - Взаимодействат ли калциевият и серният диоксид помежду си? ХЕ4 - изследване взаимодействието между двата оксида. Р4 - получава се ново съединение - калциев сулфит.
Към модела, обобщаващ знанието за оксидите се включват нови признаци за характеризирането им:
- оксидите взаимодействат с вода;
- оксидите взаимодействат помежду си.
• Осъвременено атомно-молекулно равнище, учебен предмет „Химия и опазване на околната среда" 7. и 8. клас
В 7. клас оксидите се разглеждат въз основа на богата фактологическа база и теоретични знания за простите вещества метали и неметали. Това позволява диференцирането на оксидите на основни и киселинни, и на моделите за тяхното експериментално изследване (табл. 3).
Таблица 3. Място на химичния експеримент при проблемното изучаване на строежа и свойствата на динатриев оксид ^20
ОП. Какви са строежът и свойствата на динатриевия оксид Na2O?
ЧП - Какъв е строежът на Na2O? Метод на изследване - използване на модели и схеми. Р1 - йонен строеж (положителни натриеви Na+ и отрицателни оксидни О2- йони).
ЧП2 - Взаимодейства ли Na2O с вода Н2О? ХЕ2 - изследване отнасянето на Na2O към Н2О. Р2 - получава се ново вещество -натриев хидроксид NaOH.
ЧП3 - Взаимодейства ли Na2O с други оксиди (въглероден диоксид CO2, серен диоксид SO2) ХЕ3 - изследване отнасянето на Na2O към CO2. Р3 - образува се динатриев карбонат Na2C03.
ЧП4 - Взаимодейства ли Na2O със солна киселина HCl? ХЕ4 - изследване отнасянето на Na2O към HCl. Р4 - получава се натриев хлорид NaCl и вода Н2О.
Обобщаването на резултатите от теоретичното и от експерименталното изследване на строежа и свойствата на динатриевия оксид Na2O водят до създаване на модел на понятието основен оксид:
- вещество с йонен строеж;
- взаимодейства с вода - получава се основен хидроксид;
- взаимодейства с въглероден диоксид СО2, серен диоксид SO2 и др.;
- взаимодейства със солна киселина HCl и др.
(На този етап последните два признака се свързват с конкретни представители, тъй като понятията киселинен оксид и киселина не са въведени.)
Характеристиките на основните оксиди позволяват в темата „Химични съединения на алкалните елементи" оксидите на алкалните елементи да се обсъждат като основни оксиди с обща формула М2О и със сходен строеж и свойства (отбелязани по-горе като признаци на понятието основен оксид).
При разглеждане на химичните съединения на халогенните елементи се представят хлорните оксиди като се акцентува на различната валентност на елемента хлор С1 в тях и на тези техни свойства, които се включват като признаци в съдържанието на понятието киселинен оксид.
Строежът и свойствата на оксидите на хлора С1 могат да се предположат на базата на изучените строеж и свойства на динатриевия оксид ^20 и очакването за противоположност (табл. 4).
Таблица 4. Място на химичния експеримент при проблемното изучаване на строежа и свойствата на дихлорен оксид С120 и на дихлорен хептаоксид С1207
ОП. Какви са строежът и свойствата на С120 и на С1207?
ЧП; - Какъв е строежът на С120 и на С1207? Използване на модели и схеми; структурни формули на оксидите. Р; - С120 и С1207 имат молекулен строеж.
ЧП, - Взаимодействат ли С120 и С1207 с вода? Виртуален експеримент; схеми на опитните постановки. Р2 - получават се хипохлориста НСЮ и перхлорна ИСЮ4 киселина.
ЧПз - Взаимодействат ли С120 и С1207 с динатриев оксид №20? Р3 - получават се натриев хипохлорит №СЮ и натриев перхлорат КаСЮ4.
ЧП4 - Взаимодействат ли С120 и С1207 с натриев хидроксид №ОН? Р4 - получават се натриев хипохлорит №СЮ и вода; натриев перхлорат №СЮ4 и вода.
Посочват се примери и на други оксиди със сходни свойства - серен диоксид SO2, въглероден диоксид СО2. Обобщаването на техните свойства води до разкриване на съдържанието на понятието киселинен оксид:
- вещество с молекулен строеж;
- взаимодейства с вода - получава се кислородсъдържаща киселина;
- взаимодейства с основен оксид - получава се сол;
- взаимодейства с основа - получава се сол и вода.
Извеждането на съществените признаци на понятието киселинен оксид (и съответно на понятието киселина) позволява последните два признака на понятието основен оксид да излязат от конкретното си звучене и да се представят обобщено, а именно:
- взаимодейства с киселинни оксиди (вместо взаимодейства с въглероден диоксид СО2, серен диоксид SO2);
- взаимодейства с киселини (вместо взаимодейства със солна киселина НС1).
(В сега действащите учебници понятията киселинен оксид и киселина се използват изпреварващо, без да е разкрито съдържанието им.)
Общите модели за изучаване на основните и на киселинните оксиди се прилагат в 8. клас при разглеждане на оксидите на елементите калций Са, магнезий Mg и сяра S; и в 9. клас - на оксидите на елементите азот N и въглерод С. Познавателната роля на химичния експеримент се свежда до доказване на изградените хипотези за: химичния характер на
оксидите на посочените елементи; химичната им активност в сравнение с тази на изучените вече оксиди; изменението в химичния характер на оксидите с увеличаване на поредния номер на елементите в съответните групи на периодичната система.
Съществено значение за развитието на понятието оксид има изучаването в 8. клас на оксида на елемента алуминий А1. Различията в свойствата на неговото просто вещество (взаимодейства с киселини и с основи) са основание да се направи предположение за отнасянията на диалуминиевия триоксид А12О3 към киселини и към основи (табл. 5).
Таблица 5. Място на химичния експеримент при проблемното изучаване на свойствата на диалуминиев триоксид А1203
ОП. Какви свойства има диалуминиевият триоксид А1203?
ЧП1 - Взаимодейства ли А1203 с вода Н2О (както основните и киселинните оксиди)? ЧП1 - изследване отнасянето на А12О3 към Н2О. Р - А1203 не взаимодейства с Н2О.
ЧП2 - Взаимодейства ли А1203 с киселини (като оксид на химичен елемент, който образува просто вещество метал)? ХЕ2 - изследване отнасянето на А12О3 към солна киселина НС1. Р2 - А1203 взаимодейства с киселини.
ЧП3 - Взаимодейства ли А1203 с основи (подобно на простото вещество алуминий А1)? ХЕ3 - изследване отнасянето на А12О3 към натриева основа ^ОН. Р3 - А1203 взаимодейства с основи.
Резултатите от експерименталното изследване са база за въвеждане на понятието амфотерен оксид със следните съществени признаци:
- не взаимодейства с вода;
- взаимодейства с киселина - получава се сол и вода;
- взаимодейства с основа - получава се сол и вода.
• Съвременно познавателно равнище, учебен предмет „Химия и опазване на околната среда" 10. клас
Съвременните теории за строежа на атома и за химичните връзки обогатяват съществените признаци на оксидите, свързани с техния строеж и вида на химичните връзки. Познаването на s-, р-, d- и f-елементите позволява техния химичен характер да се свърже с характерните им степени на окисление спрямо кислорода. Изграждането на обобщени схеми за връзката между характера на оксидите, вида на химичните елементи и възможните степени на окисление ще предпази учениците от неправилни обобщения и от некоректно пренасяне на обобщени модели към конкретни обекти.
В заключение можем да обобщим: изяснена е ролята на химичния експеримент за проблемно изучаване на оксидите; за разкриване на съществените признаци на понятието оксид и за неговото развитие в училищния курс по химия.
Създадените изследователски модели могат успешно да се използват като дидактически материали в учебната практика по химия. Прилагането им в упражненията по „Методика и техника на учебния химичен експеримент" обогатява системата от знания и умения на студентите-бъдещи учители по химия за успешно разгръщане на познавателните възможности на химичния експеримент в урока по химия и за обвързване на експерименталните резултати с теоретичните знания, важен компонент на които са химичните понятия.
Литература:
1. Ангелачева, А. Методика и техника на учебния химичен експеримент. Част I. УИ „Паисий Хилендарски", Пловдив, 2006.
2. Гергова, Е., А. Ангелачева. Химичният експеримент - основен метод при проблемното изучаване на теорията за електролитната дисоциация. Химия 20(1), 57-66, 2011.
3. Гергова, Е., А. Ангелачева. Модел за организиране и провеждане на упражненията по методика и техника на учебния химичен експеримент. Химия 20(3), 207-219, 2011.
Рецензент: доц. д-р Йорданка Димова
