ПРИМЕНЕНИЕ ОПОРНЫХ СИГНАЛОВ ПО В. Ф. ШАТАЛОВУ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СТУДЕНТАМИ ВУЗОВ И ШКОЛЬНИКАМИ ТЕМЫ "ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ" Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Педагогические науки / Pedagogical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 378.14

DOI: 10.31161/1995-0659-2019-13-3-18-24

Применение опорных сигналов по В. Ф. Шаталову

при изучении студентами вузов и школьниками темы «Химическая связь»

© 2019 Гусейнов P. M. 1 Азизова Л. Р. 2, Гусейнова Т. Р. 3

1 Дагестанский государственный педагогический университет 2 Юридический колледж, Дагестанский государственный университет, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected], [email protected] 3 Государственное бюджетное образовательное учреждение «Школа № 417»,

Москва, Россия; e-mail: sunO301 @y andex.ru

РЕЗЮМЕ. Целью настоящего исследования является рассмотрение природы опорных сигналов, наиболее подходящих для активизации и облегчения процесса изучения студентами химико-биологических специальностей вузов, а также учащимися средних школ и колледжей наиболее значимой для химии темы «Химическая связь». Метод. В работе применяется метод В. Ф. Шаталова, основанный на подборе наиболее подходящих опорных сигналов, способствующих быстрому освоению учебного материала, развивающего воображение учащихся и способствующего развитию их творчества. Результат. На основании проведенного научного и дидактического анализа найдены наиболее подходящие с точки зрения методики и педагогики опорные сигналы и схемы, способствующие изучению нового материала, для закрепления и совершенствования знаний, а также способствующие развитию творческих способностей и речи учащихся и студентов вузов. Вывод. Для темы «Химическая связь» наиболее подходящей формой опорных сигналов авторами установлены математические (формульные) и схематические (графические) изображения, объясняющие природу возникновения химической связи в молекуле водорода с помощью связывающих орбиталей (линейная комбинация атомных орбиталей: МО ЛКАО).

Ключевые слова: опорные сигналы, метод Шаталова, активизация процесса изучения, химическая связь, атомные и молекулярные орбитали.

Формат цитирования: Гусейнов Р. М., Азизова Л. Р., Гусейнова Т. Р. Применение опорных сигналов по В. Ф. Шаталову при изучении студентами вузов и школьниками темы «Химическая связь» // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Психолого-педагогические науки. 2019. Т. 13. № 3. С. 18-24. DOI: 10.31161/1995-0659-2019-13-3-18-24

The Application of the Supportive Signals by V. F. Shatalov While Studying the Topic "Chemical Bond" by the Students and Schoolchildren

© 2019 Rizvan M. Guseynov 1, Luiza R. Azizova 2,

Tamila R. Guseynova 3

1 Dagestan State Pedagogical University 2 Low College, Dagestan State University, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected], [email protected] 3 State Educational Government-Financed Institution "School No. 417",

Moscow, Russia; e-mail: sunO301 @y andex.ru

ABSTRACT. The aim of the article is the analysis of the nature of supportive signals which are more adaptable for the activation and easing the process of studying by the students of chemical and biological specialties, schoolchildren and college students the most important topic "Chemical Bond". Method. V. F. Shatalov method, based on the selection of suitable supportive signals, conducive the steep learning curve the new material and creativity. Result. On the base of the didactic and scientific analysis are determined the most convenient supportive signals and schemes which are promote to development study process, and promote the creativity and the speech of the schoolchildren and students. Conclusion. It is established that for the subject "Chemical Bond" the most convenient forms of supportive signals are the mathematical (formular) and schematic (graphics) pictures, that explaining the physical origin of the chemical bond in hydrogen molecule by means of bonding orbitals (linear combination of atomic orbitals: MO LKAO)

Keywords: supportive signals, method of Shatalov, activation of the study process, chemical bond, atomic and molecular orbitals.

For citation: Guseynov R. M., Azizova L. R., Guseynova T. R. The Application of the Supportive Signals by V. F. Shatalov while Studying the Topic "Chemical Bond" by the Students and Schoolchildren. Dagestan State Pedagogical University. Journal. Psychological and Pedagogical Sciences. 2019. Vol. 13. No. 3. Pp. 18-24. DOI: 10.31161/1995-0659-2019-13-3-18-24 (In Russian)

Введение

Одной из технологий индивидуализированного обучения является так называемая система В. Ф.Шаталова, в основу которой положены опорные сигналы (схемы, конспекты), по терминологии самого В. Ф. Шаталова.

Примером таких сигналов по химии могут быть опорные схемы, разработанные И. И. Супоницкой и Н. И. Гоголевской [3].

Шаталовские опорные конспекты в конце 70-х годов были настоящей инновацией, которая была воспринята учителями и педагогами высшей школы с большим энтузиазмом, потому что все они интуитивно ощущали их полезность и назревшую необходимость. Конспекты совпадали с направлением поиска методических решений педагогов. Отсюда следует и массовое использование опорных схем с начала 80-х годов почти по всем дисциплинам.

Смысл опорного конспекта как средства обучения состоит в том, что он через зрительно воспринимаемые образы, знаки и другие изобразительные средства вызывает из памяти учеников или студентов необходимые ассоциации, опорные знания, помогает достаточно компактно выстроить систему некоторого блока содержания, облегчает понимание его структуры и тем способствует усвоению. Ведь чем больше опор, тем упорядоченнее материал, что значительно облегчает процесс усвоения нового.

До сих пор в методике обучения химии идут споры о том, каким по форме должны быть опорные конспекты. Одни считают, что в конспекте все сигналы должны быть выражены в строго химических символах и

терминах. Другие же считают, что должно быть как можно больше неожиданных, иногда парадоксальных и нехимических изображений. Тогда они поражают воображение и лучше запоминаются. В ответ звучит возражение о том, что тогда возникают две параллельные системы символов, которые могут совместиться в сознании учащихся и помешать развитию химической грамотности. Очевидно одно, что опорные конспекты, как и все средства и приемы в методике не являются панацеей, они лишь одни из средств в арсенале педагога.

Прежде чем приступить к подбору подходящих опорных сигналов для той или иной темы занятия мы считаем наиболее разумным давать изложение и объяснение основных и фундаментальных понятий, на которых будет основано дальнейшее изложение соответствующего материала.

Поскольку в образовании химической связи основное участие принимают в первую очередь внешние или валентные электроны атомов, то мы начнем наше рассмотрение именно с описания важнейших физико-химических и даже квантово-химических свойств электронов.

Так как электроны с точки зрения квантовой химии и квантовой механики являются элементарными частицами и представляют собой микрообъекты, то их свойства могут быть достаточно объективно описаны законами квантовой механики. Квантовая механика, описывающая свойства и движение микрочастиц, была создана в 1925-1926 гг. В эти годы усилиями двух выдающихся мировых ученых Гей-зенберга из Германии и Шредингера из Ав-

стрии независимо друг от друга были предложены два варианта новой механики, которые, как впоследствии было показано, оказались тождественными и приводили к одинаковым результатам. Однако вариант Шредингера оказался более удобным для выполнения расчетов. Поэтому современная теория строения атомов и молекул основывается на варианте квантовой механики, предложенном Шредингером. Механика микрообъектов получила название квантовой механики; механику, основанную на законах Ньютона, применимую к движению обычных тел, стали называть классической механикой.

Целью настоящего исследования является рассмотрение природы опорных сигналов, наиболее подходящих для активизации и облегчения процесса изучения студентами химико-биологических специальностей вузов, а также учащимися средних школ и колледжей наиболее значимой для химии темы «Химическая связь».

Метод - в работе применяется метод В. Ф. Шаталова, основанный на подборе наиболее подходящих опорных сигналов, способствующих быстрому освоению учебного материала, развивающего воображение учащихся и способствующего развитию их творчества.

Результаты и обсуждение

Законы движения микрочастиц в квантовой механике выражаются уравнением Шредингера, которое играет в ней ту же роль, что и законы Ньютона в классической механике [2].

Уравнение Шредингера является дифференциальным уравнением второго порядка в частных производных. Для рассмотрения задач, встречающихся в теории атома и молекулы, уравнение Шредингера для одной частицы может быть записано в

где к - постоянная планка; т - масса частицы; и - потенциальная энергия; Е -полная энергия; х, у, г - координаты.

Входящая в это уравнение переменная величина ^ называется волновой функцией. Здесь необходимо объяснить, почему же в уравнение Шредингера входит волновая функция. Дело в том, что согласно квантовой механике, микрообъекты (электроны, атомы, молекулы, ионы, радикалы,

а также другие элементарные частицы и фотоны) обладают двойственной природой или корпускулярно-волновыми свойствами. Другими словами, в одних условиях элементарные частицы ведут себя как частицы (а во времена Ломоносова их называли корпускулами), а в других условиях элементарные частицы ведут себя как волны.

Волновая функция в физическом плане имеет единственное значение и означает амплитуду волны. Конкретный же физико-химический смысл имеет только квадрат волновой функции, который характеризует вероятность нахождения частицы в данном месте пространства. Точнее, величина \jldv равна вероятности нахождения рассматриваемой частицы в элементе объема Величину же ^2 называют плотностью вероятности, или электронной плотностью (если речь идет об электроне).

Волновая функция, согласно представлениям квантовой механики, обладает следующими тремя замечательными свойствами: она должна быть конечной, непрерывной и однозначной, а также обращаться в нуль там, где частица не может находиться. Например, при рассмотрении движения электрона в атоме волновая функция должна становиться равной нулю на бесконечно большом расстоянии от ядра.

Перечисленные выше свойства волновой функции означают:

- в любой момент времени электрон должен где-то находиться, поэтому волновая функция непрерывна;

- электрон не может одновременно находиться в нескольких местах, поэтому волновая функция однозначна;

- волновая функция имеет либо нулевое значение, либо другое конечное (а может быть амплитудное) значение (так как волновая функция представляет собой амплитуду колебания).

С другой стороны, суммарная вероятность найти частицу равна единице, т. е. нахождение рассматриваемой частицы где-то в пространстве является достоверным событием, поэтому уравнение нормировки записывается в виде

Химическая связь

Химическая связь, можно сказать, является основополагающим понятием химической науки, так как типом химической связи определяются важнейшие свойства

следующей форме [2]: ^ ^

химического вещества, а именно способность вещества вступать в химическое взаимодействие с другими веществами, тип электролитической диссоциации и другие.

Понятие химической связи и понятие валентности возникли в химии очень давно, когда еще не было известно строение атома. Однако природа химической связи до конца стала известна только благодаря появлению квантовой химии. Сама же квантовая химия возникла тогда, когда впервые два великих немецких ученых Гейтлер и Лондон применили квантовую механику для решения вопроса о строении молекулы водорода [2].

Существуют две теории химической связи: теория валентных схем (ВС) и теория молекулярных орбиталей (МО ЛКАО). Теория валентных схем не может объяснить все свойства химических соединений (например, наличие дипольного момента у кислорода и др.). Поэтому в данной работе для объяснения природы химической связи мы будем пользоваться теорией молекулярных орбиталей (МО ЛКАО).

Здесь уместно некоторое отступление от излагаемой в данном контексте последовательности изложения материала. Как отмечает автор-новатор метода опорных сигналов или опорных схем В. Ф. Шаталов [5] и его последователи [4], изложенный в учебнике или в лекции материал только с помощью текста читается с меньшей охотой и усваивается с большими трудностями, чем тот же материал, но включающий в себя графики, рисунки, схемы, знаки и т. п., на которых студент, аспирант или учащийся средней школы или лицеист обязательно останавливает взгляд, читает подписи под ними, иногда пытается найти пояснение в тексте. Здесь также необходимо иметь ввиду, что существуют особые правила мнемонимики (искусства запоминания), составляющие основу для усвоения информации. Явный перевес зрительной памяти и интереса к изображениям целесообразно использовать и при изучении химических проблем [4; 5].

Поэтому и мы в своем изложении материала настоящей статьи воспользуемся этими мудрыми высказываниями новаторов-педагогов, выдвинувших эти передовые технологии, обладающие очевидными достоинствами, такими как: занятость всех обучающихся делом, интерес к работе и ее разнообразие, устойчивость получаемых знаний вследствие многократности повторения материала и др.

Как отмечено в работе [4], учебно-воспитательный процесс считается организованным оптимально, если учеников не воспитывают, а им создаются условия, при которых они воспитываются, учеников и студентов не учат, а им создают такие условия, в которых они учатся сами.

В соответствии с теорией молекулярных орбиталей последние (МО ЛКАО) образуются из атомных орбиталей (АО) путем линейной комбинации самих атомных орбиталей. В процессе такой комбинации образуются молекулярные орбитали трех типов [1]: связывающие МО, разрыхляющие МО и несвязывающие МО. Остановимся на механизме этого процесса чуть подробней.

В терминах квантовой химии процесс образования молекулярной орбитали МО, состоящей из двух ядер атомов водорода, учитывая Ь-АО, описывающие движение электрона в атоме Н, МО представляется в виде:

где I - номер (индекс) МО, 1 и 2 индексы первой 5-ЛО (фх) для электрона вблизи первого ядра и второй 5-АО (ф2) для электрона вблизи второго ядра.

Величины Сц и С2 - численные коэффициенты, которые и находятся решением уравнения Шредингера. Эти коэффициенты показывают, с одной стороны, тот факт, что атомные орбитали в какой-то мере изменяются при образовании молекулярной орбитали; с другой стороны, эти коэффициенты показывают долю участия каждой атомной орбитали АО в создании молекулярной орбитали МО. В общем случае коэффициенты принимают значения, лежащие в интервале от -1 до +1. Если в выражении для конкретной МО один из коэффициентов преобладает, то это отвечает тому, что электрон, находясь на данной МО, в основном находится вблизи того ядра и описывается в основном именно той АО, чей коэффициент больше.

Если коэффициент перед АО близок к нулю, то это означает, что пребывание электрона в области, описываемой данной АО маловероятно. По физическому смыслу, определяемой квантовой химией, квадраты данных коэффициентов определяют вероятность нахождения электрона в области пространства и энергий, описываемых данной АО [2].

В приближении МО ЛКАО всегда образуется столько МО, сколько было исходных АО электронов всех ядер системы. Ко-

личество МО равно суммарному количеству АО. Необходимо также учитывать, что при образовании МО складываются не исходные АО, а их измененные амплитуды.

Выясним, какой вид будет иметь молекулярная волновая функция 0, Образованная в результате взаимодействия волновых функций ф1 и ф2 - Ь-орбиталей двух одинаковых атомов. В данном случае оба рассматриваемых атома одинаковы, так что коэффициенты Сп и С12 равны по величине и задача сводится к определению суммы С^фх + ф2). Для этого расположим ядра взаимодействующих атомов на том расстоянии друг от друга (г), на котором они находятся в молекуле, и изобразим волновые функции Ь-орбиталей этих атомов в виде схемы, изображенной на рис. 1.

Рис. 1. Схема образования связывающей МО из атомных ^-орбиталей

Как видно из рисунка 1б, в пространстве между ядрами значения молекулярной волновой функции 01 больше, чем значения исходных атомных волновых функций. Но квадрат волновой функции характеризует вероятность нахождения электрона в соответствующей области пространства, т. е. плотность электронного облака. Значит, при образовании МО плотность электронного облака в межъядерном пространстве увеличивается. В результате образуется химическая связь. Поэтому МО рассматриваемого типа называется связывающей.

В данном случае область с повышенной электронной плотностью находится вблизи оси связи, так что образовавшаяся молекулярная орбиталь относится к о-типу. Связывающая МО, полученная в результате взаимодействия двух атомных Ь-орбиталей, обозначается осв15. Электроны, находящиеся на связывающей МО, называются связывающими электронами.

Рассмотрим теперь другую молекулярную орбиталь 02- По причине^симметрии системы мы можем предположить, что коэффициенты перед АО в выражении для МО 02 = с21 ф + с22ф2 должны быть равны

по модулю. Но тогда они должны отличиться друг от друга знаком:

с21 =-с22 = с2.

Другими словами, кроме случая, когда знаки вкладов обеих волновых функций одинаковы, возможен и случай, когда знаки вкладов Ь-АО различны. Такой случай представлен на рис. 2. При сложении двух волновых функций противоположных знаков получится кривая, показанная на рис. 2б.

1

Рис. 2. Схема образования разрыхляющей МО из атомных ^-орбиталей

Молекулярная орбиталь, образующаяся при подобном взаимодействии, характеризуется уменьшением плотности электронного облака в межъядерном пространстве по сравнению с ее значением в исходных атомах. На оси связи появляется даже узловая точка, в которой значение волновой функции и ее квадрата превращается в нуль. Другими словами, плотность электронного облака в межъядерном пространстве уменьшится. В результате такого уменьшения притяжение каждого атомного ядра в направлении к межъядерной области пространства окажется более слабым, чем в противоположном направлении, т. е. появляются силы, приводящие к взаимному отталкиванию ядер. Следовательно, здесь химическая связь не возникает, а образовавшаяся в этом случае МО называется разрыхляющей (а^), а находящиеся на ней электроны также называются разрыхляющими электронами.

Переход электронов с атомных Ь-орбиталей на связывающую МО, приводящий к возникновению химической связи, сопровождается выделением энергии. Переход же электронов на разрыхляющую молекулярную орбиталь требует затраты энергии. Следовательно, энергия электронов на орбитали осв15 I ниже, а на орбитали а к выше, чем на атомных Ь-орбиталях. Это соотношение энергии показано на рис. 3, на котором представлены как исходные Ь-орбитали двух атомов водорода, так и молекулярные орбитали осв15 и а к-

Ц ^ H

?—чс;у / N <5 Ум*

IS

AO 110 AO

Рис. З. Схема МО молекулы водорода

Выводы

В результате проведенного нами физико-химического и квантово-химического анализа можно заключить, что в качестве опорных сигналов в данном исследовании наиболее подходящей формой являются схематические графики образования молекулярных орбиталей, а также энергетические диаграм-

1. Глинка Н. Л. Общая химия. М. : Интеграл-Пресс, 2005. 728 с.

2. Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Строение вещества. М. : Высшая школа, 1978. 304 с.

3. Супоницкая И. И., Гоголевская Н. И. Комплект обобщающих схем-конспектов по теме «Электролитическая диссоциация» // Химия в школе. 1991. № 5. С. 25-30.

1. Glinka N. L. Obshchaya himiya [The general chemistry]. Moscow, Integral Press Publ., 2005. 728 p. (In Russian)

2. Karapetynt M. N., Drakin S. I. Stroenie vesh-chestva [Structure of the substance]. Moscow, Vysshaya Shkola Publ., 1978. 340 p. (In Russian)

3. Suponitskaya I. I., Gogolevskaya N. I. Generalizing a set of tables and charts on the subject of "Electrolytic dissociation". Himiya v shkole [Chemistry at school]. 1991. No. 5. Pp. 25-30. (In Russian)

СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ Принадлежность к организации

Гусейнов Ризван Меджидович, доктор химических наук, профессор, кафедра химии, Дагестанский государственный педагогический университет, Махачкала, Россия; e-mail: [email protected]

Азизова Луиза Ризвановна, кандидат педагогических наук, старший преподаватель, Юридический колледж, Дагестанский государственный университет, Махачкала, Россия; е-mail: [email protected]

Гусейнова Тамила Ризвановна, воспи-

мы сравнительной энергии различных орбиталей в атомах и образующейся молекуле водорода. Предложенные нами таким образом опорные сигналы и опорные схемы значительно упрощают процесс усвоения студентами и учащимися суть квантово-химического процесса возникновения природы химической связи в молекуле водорода. Сделанные на основе данного анализа выводы в дальнейшем могут быть применены в подобных случаях и для других химических соединений, таких как молекула кислорода, гелия, молекулярного иона водорода, азота и других соединений.

В следующих наших исследованиях мы продемонстрируем полезность применения опорных сигналов и при изучении таких химических явлений, как электролиз, теория электролитической диссоциации, принцип действия химических источников тока и др.

4. Султангулова Л. П. Материал по химии на тему: «Использование опорных схем-конспектов при изучении химии» [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://videouroki.net/blog/ (дата обращения: 12.07.2019 г.)

5. Шаталов В. Ф. Учить всех, учить каждого. Педагогический поиск / Сост. И. Н. Баженова. М. : Педагогика, 1989. 560 с.

4. Sultangulova L. P. The material on the Chemistry on the subject: "The using of the supporting signals in the study of the Chemistry" [Electronic resource]. Mode of access: https://videouroki.net/blog/ (accessed: 12.07.2019)

5. Shatalov V. F. Uchit' vsekh, uchit' kazhdogo. Pedagogicheskij poisk [Teach everyone, teach everybody. Pedagogical search]. Comp. I. N. Ba-zhenova. Moscow, Pedagogika Publ., 1989. 560 p. (In Russian)

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS Affiliations

Rizvan M. Guseynov, Doctor of Chemistry, professor, the chair of Chemistry, Dagestan State Pedagogical University, Makhachkala, Russia; e-mail: [email protected]

Luiza R. Azizova, Ph. D. (Pedagogy), senior lecturer, Low College, Dagestan State University, Makhachkala, Russia; e-mail: LuizaAz-izova 1981 @gmail.com

Tamila R. Guseynova, educator of upper division, State Educational Government-

Литература

References

татель высшей категории, Государственное Financed Institution "School No. 417", Mos-

бюджетное образовательное учреждение cow, Russia; e-mail: sun0301 @y andex.ru «Школа № 417», Москва, Россия; е-mail: [email protected]

Принята в печать 03.06.2019 г. Received 03.06.2019.

Педагогические науки / Pedagogical Science Оригинальная статья / Original Article УДК 372

DOI: 10.31161/1995-0659-2019-13-3-24-29

Анализ понятий «информация», «провокация» и «провокационная информация»

© 2019 Канболатов Д. Ю., Поминова О. Л.

Санкт-Петербургский военный ордена Жукова институт войск национальной гвардии Российской Федерации, Санкт-Петербург, Россия; e-mail: [email protected]

РЕЗЮМЕ. Цель. Рассмотреть и проанализировать понятия «информация», «провокация» и «провокационная информация» и выявить их взаимосвязь. Методы. Анализ обобщение, наблюдение. Результат. Под информацией авторы понимают «сведения об объектах и явлениях окружающего мира, которые могут быть переданы, представлены, обработаны и восприняты человеком или машиной». Проводя аналогию с информацией, авторы подробно анализируют понятия «информация», «провокация» и «провокационная информация», приводя различные толкования. Особый интерес представляет классификация понятия «провокация». Вывод. В статье подчеркивается, что данное понятие можно рассмотреть не только на уровне государства (политическая), но и на уровне межличностных отношений, что имеет особое значение для войск национальной гвардии. Это связано с тем, что провокационная информация оказывает воздействие на сознание человека, стимулирует людей к тем или иным действиям и может распространяться через все каналы передачи информации.

Ключевые слова: информация, провокация, провокационная информация, политическая провокация, психологическая провокация, анализ, классификация.

Формат цитирования: Канболатов Д. Ю., Поминова О. Л. Анализ понятий «информация», «провокация» и «провокационная информация» // Известия Дагестанского государственного педагогического университета. Психолого-педагогические науки. 2019. Т. 13. № 3. С. 24-29. DOI: 10.31161/1995-06592019-13-3-24-29

Analysis of the Concepts of "Information", "Provocation"

and "Provocative Information"

© 2019 Denislam Yu. Kanbolatov, Olga L. Pominova

Saint Petersburg Military Order of Zhukov Institute of National Guard Troops of the Russian Federation Saint Petersburg, Russia; e-mail: [email protected]

ABSTRACT. The aim of the article is to consider and analyze the concepts of "information", "provocation" and "provocative information" and identify their correlation. Methods. Analysis, generalization, observation. Result. By information, the authors mean "information about objects and phenomena of the world that can be transmitted, presented, processed and perceived by a person or machine". Drawing an analogy with