Особенности использования проблемного обучения на уроках химии

Особенности использования проблемного обучения на уроках химии

Учитель:

Проблемное обучение является одним из методов развития уча­щихся. Постановкой проблем, проблемных вопросов или проблемных ситуаций учитель создает определенные организационные условия для активизации мыслительной деятельности учащихся, стимулируя поиск недостающих знаний для разрешения познавательного проти­воречия. Этот поиск может происходить при определенных способах организации проблемного обучения.

Наиболее эффективны следующие три способа организации проб­лемного обучения: проблемное изложение, поисковая (эвристичес­кая) беседа, самостоятельная поисковая и исследовательская деятель­ность учащихся.

Проблемное изложение.

Этот способ организации проблемного обучения наиболее уместен в тех случаях, когда учащиеся не обладают достаточным объемом зна­ний, когда они впервые сталкиваются с тем или иным явлением и не могут установить необходимые ассоциативные связи. В этом случае поиск осуществляет сам учитель. Так, например, формирование по­нятия об ароматической связи в молекуле бензола возможно, если проследить историю синтеза и изучения бензола через анализ форму­лы Кекуле. Таким образом, учитель не просто сообщает выводы нау­ки, но и раскрывает путь, который привел к этим выводам.

При изучении темы «Углеводы» можно задать такой проблемный вопрос: почему хлеб, если его долго жевать, приобретает сладкий вкус? Или при демонстрации эксперимента по сравнению свойств глюкозы и фруктозы учащиеся сталкиваются с проблемой: глюкоза реагирует с гидроксидом меди (II), а фруктоза — нет. Почему?

В жизни проблемы есть всегда, а в учебной деятельности их иногда приходится моделировать. Простой способ научиться ставить пробле­му самому и научить учащихся видеть ее — ознакомиться с любым связным текстом и найти в нем какие-нибудь противоречия. Напри­мер, в газете «Известия» от 01.01.01 г. была опубликована, заметка «Жвачка без сахара»: «Сахарозаменитель ксилитол, получаемый из бе­резы и известный у нас как ксилит, содержится во многих фруктах, в скорлупе миндаля. Финские и американские врачи провели исследо­вания большого количества детей в одном из государств Центральной Америки, продолжавшиеся более трех лет. Учителя давали детям жвачку с ксилитом. Чем дольше ее держишь во рту, тем лучше для зу­бов. Уменьшается вредный налет на зубах, во рту восстанавливается нормальное кислотно-щелочное равновесие. Ксилитол усиливает ме­ханизмы иммунной защиты полости рта. В итоге уменьшается коли­чество стрептококков, способствующих появлению кариеса, в слюне возрастает содержание кальция».

Прочитав заметку, на первый взгляд все кажется прекрасным: жуй жвачку с ксилитом — сохранишь здоровые зубы. Но учащиеся знают из биологии и органической химии, что если жевать резинку в пере­рывах между едой, то желудок работает вхолостую и переваривает соб­ственные стенки. Кроме того, есть жевательная резинка, которая со­держит бутадиенстирольный каучук, не разрешенный к применению в пищевых продуктах.

Постепенно вырисовывается проблема: как же быть? И далее вмес­те с учителем учащиеся пробуют решить ее, выработав следующие ре­комендации: жевать резинку необходимо только после еды; быть вни­мательным к экспертизе данного продукта, не употреблять вредных для здоровья жевательных резинок.

Учитель при проблемном изложении материала руководит позна­вательным процессом учеников, ставит вопросы, которые заостряют внимание учеников на противоречивости изучаемого явления и за­ставляют их задуматься. Прежде чем учитель даст ответ на поставлен­ный вопрос, ученики уже могут дать про себя ответ и сверить его с хо­дом суждения и выводом учителя.

Как было отмечено выше, проблемное изложение применяется обычно в тех случаях, когда учащиеся не имеют достаточного запаса знаний, чтобы активно участвовать в решении проблемы. Если же школьники обладают минимумом знаний, необходимым для активно­го участия в решении учебной проблемы, то применяется следующий способ организации проблемного обучения: поисковая беседа.

Поисковая (эвристическая) беседа.

Эвристической беседой называют систему логически взаимосвязан­ных вопросов учителя и ответов учащихся, конечной целью которой является решение целостной, новой для учащихся проблемы или ее части. Основные ценности эвристической беседы (по ):

1. Искусно поставленные вопросы задают стратегию творческого мышления. Проблема разбивается на подпроблемы: снижается уро­вень сложности до уровня соответствующих творческих возмож­ностей ученика.

2. Каждый новый вопрос формирует новую стратегию - цель деятельности.

3. Стиль, манера, взгляды, убеждения учителя становятся достоянием его учеников.

Поисковая беседа обычно проводится на основе создаваемой учите­лем проблемной ситуации. При этом учащиеся самостоятельно наме­чают этапы поиска, высказывая различные предположения, выдвигая варианты решения проблемы. Например, при изучении комплексных соединений учитель может предложить учащимся следующую учебную проблему: «Чем объяснить изменение окраски раствора соли хрома (III) при нагревании?» Проблемная ситуация возникает при демонст­рации опыта нагревания раствора хлорида хрома (III). Для того чтобы подготовить учащихся к выдвижению гипотезы, можно привлечь их знания о кристаллогидратах и предложить вспомнить опыты по обезво­живанию медного купороса и гидратации сульфата меди (II). В ходе по­исковой беседы учащиеся при помощи учителя раскрывают сущность понятия изомерии комплексных соединений и дают ему определение.

По теме «Степень окисления» возможна эвристическая беседа та­кого рода:

Учитель: Водород отдает электроны литию или наоборот?

Учащиеся: Электроны отдает литий, т. к. у него радиус атома больше.

Учитель: А во что превратился тогда водород?

Мнения разделились: одни учащиеся посчитали, что атом водоро­да, присоединяя электрон, превратился в атом гелия, т. к. у него два электрона; другие не согласились с этим, возразив, что у гелия заряд ядра +2, а у данной частицы +1.

Так что же это за частица?

Возникла проблемная ситуация, которую можно разрешить, озна­комившись с понятием «ион».

Беседа поискового характера является необходимой подготови­тельной ступенью к работе учащихся на уровне исследования.

Самостоятельная поисковая и исследовательская деятельность учащихся

Самостоятельная деятельность учащихся исследовательского характера является высшей формой самостоятельной деятельности и возможна лишь тогда, когда школьники обладают достаточными знаниями, необходимыми для построения научных предположений, а также умением выдвигать гипотезы.

Одним из путей осуществления данного способа организации проблемного обучения является постановка исследовательских зада­ний. Особенностью исследовательских заданий является то, что сна­чала, как правило, выполняется практическая работа по сбору фактов (опыты, эксперимент, наблюдение, работа над книгой, сбор материа­ла), а затем их теоретический анализ и обобщение. При этом проблема очень часто возникает не сразу, а в ходе обнаружения несоответст­вия, противоречия между выявленными фактами.

Так, при изучении свойств щелочных металлов можно предложить следующее задание: «Выявить роль воды в реакциях взаимодействия щелочных металлов с растворами различных солей». Для создания "проблемной ситуации учитель может предложить проблемный вопрос: «Каким образом будет происходить реакция между литием и раст­вором сульфата меди (II)?» При проведении эксперимента и дальней­шем анализе его результатов учащиеся приходят к пониманию сущ­ности протекающих процессов.

При исследовательском методе обучения познавательная деятельность школьников по своей структуре приближается к исследовательской деятельности ученого, открывающего новые научные истины. Таким образом, исследовательский метод обучения — один из самых эффективных способов организации проблемного обучения, обеспечивающий наиболее высокий уровень познавательной самостоятельности учащихся.

Чтобы учащиеся приняли к решению учебную проблему, необходимо создание проблемных ситуаций. В методике обучения химии способы создания проблемной ситуации сформулированы следующим образом.

1.  Демонстрация или сообщение некоторых фактов, которые учащим­ся неизвестны и требуют для объяснения дополнительной информа­ции. Они побуждают к поиску новых знаний. Например, учитель демонстрирует аллотропные видоизменения элементов и требует объяснить, почему они возможны. Или, например, учащиеся еще не знают, что хлорид аммония может возгоняться, а им предлагают воп­рос, как разделить смесь хлорида аммония и хлорида калия.

2.  Использование противоречия между имеющимися знаниями и изу­чаемыми фактами, когда на основании известных знаний учащиеся высказывают неправильные суждения. Например, учитель задает вопрос: может ли при пропускании оксида углерода (IV) через из­вестковую воду получиться прозрачный раствор? Учащиеся на ос­новании предшествующего опыта отвечают отрицательно, а учитель показывает опыт с образованием гидрокарбоната кальция. Или другой пример: возможно ли протекание реакции между желе­зом и растворами солей железа (III)? Оказывается, такая реакция возможна. Реактивом на присутствие ионов железа (II) в образовав­шемся растворе служат раствор щелочи (зеленый осадок) или крас­ная кровяная соль (синий осадок турнбулевой сини).

3.  Объяснение фактов на основании известной теории. Например, по­чему при электролизе раствора сульфата натрия на катоде выделяется водород, а на аноде кислород? Учащиеся должны ответить на вопрос, пользуясь справочными таблицами: рядом напряжений металлов, рядом анионов, расположенных в порядке убывания способности к окислению, и сведениями об окислительно-восстановительной сущ­ности электролиза.

4.  С помощью известной теории строится гипотеза и затем проверяется практикой. Например, будет ли уксусная кислота как органическая кислота проявлять общие свойства кислот? Учащиеся высказывают предположения, учитель ставит эксперимент, а затем дается теорети­ческое объяснение.

Или, что будет происходить при взаимодействии металлического натрия с раствором хлорида алюминия? Прогноз основывается на неопределенности предположения, и проведенный в подтверждение эксперимент устраняет эту неопределенность (возможно два пути протекания реакции: с очень маленьким кусочком натрия образует­ся осадок; с большим — осадок растворяется).

5.  Нахождение рационального пути решения, когда заданы условия и дается конечная цель. Например, учитель предлагает эксперимен­тальную задачу: даны три пробирки с веществами. Определить эти вещества наиболее коротким путем, с наименьшим числом проб.

6.  Нахождение самостоятельного решения при заданных условиях. Это уже творческая задача, для решения которой недостаточно урока. Нужно дать возможность учащимся подумать дома, использовать до­полнительную литературу, справочники. Например, подобрать усло­вия для определенной реакции, зная свойства веществ, вступающих в нее, высказать предположения по оптимизации изучаемого произ­водственного процесса.

7.  Принцип историзма также создает условия для проблемного обуче­ния. Например, поиск путей систематизации химических элементов, приведший, в конечном счете, к открытию периоди­ческого закона. Многочисленные проблемы, связанные с объяснени­ем взаимного влияния атомов в молекулах органических веществ на основе электронного строения, также являются отражением вопро­сов, возникавших в истории развития органической химии. Не обязательно, чтобы на уроке использовались все этапы проб­ного обучения. В объяснение можно включать отдельные вопросы проблемного характера. Например, при изучении электролиза раствора хлорида натрия можно поставить вопрос, почему на катоде восстанавливается не ион натрия, а ион водорода, и предложить учащимся на основе электрохимического ряда напряжений объяснить причину этого явления. Если же вопрос требует только репродуктивного ответа, его проблемным считать нельзя.

Если проблема для своего разрешения требует ориентации на систе­му одной науки (к примеру, химии)— это внутрипредметная проблема; если необходимы знания из системы наук — проблема межпредметная.

В курсе химии идея зависимости свойств веществ от их состава яв­ляется центральной внутрипредметной проблемой, рассматриваемой в конкретных темах. Решение этой общей проблемы зависит от более частных. После изучения строения атома общая проблема зависимос­ти свойств элементов от строения их атомов может расчленяться в процессе решения на частные: Почему сходны свойства у лития и нат­рия? Почему свойства элементов изменяются периодически? Почему, несмотря на нарушение последовательности нарастания относитель­ных атомных масс, аргон и калий имеют соответственно порядковые Номера 18 и 19, а не наоборот?

Учебные проблемы легко обнаруживаются при установлении свя­зей между теориями и фактами, между теориями и понятиями и т. д. Так, например, проблема: Почему одни вещества являются электро­щитами, а другие — нет, — возникает при установлении связи между теорией строения вещества и обнаруженным фактом различного по­ведения веществ в растворе.

Для того чтобы отыскать учебную проблему, необходимо проанали­зировать содержание, т. е. выделить элементы содержания и связи между ними, а также внутрипредметные связи с предыдущими и последующи­ми темами. Например, при изучении свойств аммиака учащиеся вначале характеризуют строение атомов элементов водорода и азота, строение молекулы аммиака, определяют степени окисления атомов азота и водо­рода в аммиаке, а затем химические свойства этого соединения.

Здесь решается несколько проблем. Даже на самом первом этапе урока при изучении состава аммиака можно не просто информативно сообщить, что его формула NH3, а связь между атомами полярная, а предложить учащимся обосновать состав этого соединения, т. е. уста­новить связь между составом соединения и строением образующих его атомов. При изучении химических свойств аммиака возможна постановка проблемного вопроса «За счет чего аммиак может всту­пать в реакции присоединения, если все неспаренные электроны ис­пользованы на связи с водородом?».

Тема урока: «Хлор. Физические и химические свойства хлора»

Актуализацию знаний учащихся проводим при обсуждении следу­ющих вопросов:

1. Что за вещества — галогены?

2.  Назовите химические свойства галогенов.

3.  Дайте определение реакции горения.

4.  Какие реакции называют окислительно-восстановительными.

Ранее у учащихся было сформировано представление о том, что процесс горения обусловлен присутствием кислорода. Вопрос учителя о возможности горения водорода в хлоре противоречит прежним представлениям учащихся о реакции горения.

Учитель проводит опыт: вносит трубку, соединенную с источником водорода и с заранее подожженным выходящим из нее водородом, в банку с хлором. Водород продолжает гореть. Этот опыт убеждает уча­щихся в том, что реакция горения происходит не только в присутствии кислорода, но и в присутствии других веществ-окислителей.

Далее рассматривается сущность процесса горения на электронном уровне с позиций окисления-восстановления. Учащиеся под руководст­вом учителя записывают строение электронных оболочек атомов, элект­ронные уравнения реакций горения простых веществ в кислороде и хлоре.

Попутно создаем еще одну проблемную ситуацию: рассказываем учащимся, что взаимодействие хлора с водородом на солнечном свету сопровождается взрывом. Они обнаруживают противоречие, состоящее в спокойном протекании реакции в первом случае и взрывоподобном – во втором. Проблему формулируем следующим образом: В чем причина различного течения одной и той же реакции?

Учащиеся выдвигают гипотезы и приходят к выводу, что взаимодействие хлора с водородом протекает спокойно потому, что осуществляется на границе смешения двух газов, а взрыв происходит из-за смешивания газов заранее и мгновенного протекания реакции во всем объеме газовой смеси. Учитель, поясняя влияние солнечного света на протекание реакции, формирует у учащихся первоначальные представления о цепных реакциях.