Формирование основ исследовательской деятельности учащихся в процессе обучения химии

Химический эксперимент является важнейшим методом и главным средством наглядности на уроке. Его используют для проверки истинности выдвигаемых гипотез, для решения учебных проблем. Посредством эксперимента ученики познают вещества и происходящие с ними изменения. Педагогическая ценность эксперимента в том, что в ходе его наблюдения ученик убеждается в том, что сложными химическими процессами можно управлять, что в кажущихся сначала непонятными явлениях нет ничего загадочного. В этом отношении эксперимент как метод обучения выполняет развивающую и воспитывающую функцию.

В школьной программе по химии оговорены все виды химического эксперимента, которые должны быть выполнены в той или иной форме [34]. Различают учебный демонстрационный эксперимент, выполняемый в основном преподавателем на демонстрационном столе, и ученический эксперимент – практические работы, лабораторные опыты, которые проводят учащиеся на своих рабочих местах. Своеобразным видом эксперимента является мысленный эксперимент.

Ученический эксперимент – это вид самостоятельной работы. Он не только обогащает учащихся новыми понятиями, умениями, навыками, но и является способом проверки приобретенных ими знаний. Ученический эксперимент разделяют на лабораторные опыты и практические занятия. Цель лабораторных опытов – приобретение новых знаний. Практические занятия обычно проводятся в конце изучения темы и служат для закрепления и совершенствования знаний, формирования практических умений, совершенствования имеющихся умений и навыков.

Рекомендуется проводить выполнение ученического эксперимента по следующим этапам: 1) осознание цели опыта; 2) изучение веществ; 3) сборка прибора или использование готового; 4) выполнение опыта; 5) анализ результатов и выводы; 6) объяснение полученных результатов и составление уравнений реакций; 7) составление отчета. Приступая к выполнению эксперимента, ученик должен понимать, для чего он делает опыт и что он должен сделать, чтобы решить поставленную проблему. Он изучает вещества органолептически или с помощью приборов или индикаторов. После самостоятельно сделанного анализа работы ученик должен сделать выводы, используя соответствующие химические теории. Должная роль должна отводиться отчету о выполнении экспериментальной работы, так как составление отчета учит краткому и точному формулированию мысли, правильной записи. За отчет по практической работе ставят отметку.

Демонстрационные опыты – это опыты, которые проводит учитель. Возможны два варианта использования демонстрационного эксперимента:

В первом случае сначала дается теоретическое объяснение того или иного материала, после чего перед учащимися ставится проблема, которая заключается в применении на практике полученных знаний. Далее проводится демонстрационный эксперимент, благодаря которому ученики убеждаются в том, что химическими процессами можно управлять, осуществлять их целенаправленно, что в кажущихся сначала непонятными явлениях нет ничего загадочного и таинственного, что они подчиняются естественным законам, знание которых обеспечивает возможность широкого использования химических превращений в практической деятельности людей. В заключение  делается вывод по сделанной работе.

Второй путь заключается в обратном. Учитель проводит демонстрационный эксперимент по новой теме, после которого перед учениками ставится проблема: объяснить какое-либо явление с теоретической точки зрения. Делается вывод.

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.

Внимание учащихся направлено на выполнение опыта и изучение его результатов. Они не будут пассивно наблюдать проведение опытов и воспринимать излагаемый материал, если преподаватель, демонстрируя опыт, сопровождает его объяснениями. Тем самым он сосредоточивает внимание на опыте, приучает наблюдать явление во всех подробностях. В этом случае все приемы и действия преподавателя воспринимаются не как волшебные манипуляции, а как необходимость, без которой выполнить опыт практически невозможно. При демонстрационных опытах по сравнению с лабораторными наблюдения явлений проходят более организованно. Но демонстрации не вырабатывают необходимые экспериментальные умения и навыки, поэтому должны дополняться лабораторными опытами, практическими работами и экспериментальными задачами.

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.

Естественно, что каждый демонстрационный опыт имеет свои особенности в зависимости от характера изучаемого явления и конкретной учебно-воспитательной задачи. В то же время химический демонстрационный эксперимент должен отвечать следующим требованиям:

- быть наглядным (все, что  делается на демонстрационном  столе, должно быть хорошо видно  всем учащимся);

- быть простым по технике проведения и доступным для понимания;

- проходить удачно, без  срывов;

- заранее подготавливаться  преподавателем так, чтобы ребята  легко воспринимали его содержание;

- быть безопасным.

Педагогическая эффективность демонстрационного эксперимента, влияние его на знания и экспериментальные умения и навыки зависят от техники эксперимента. Под этим понимается совокупность приборов и устройств, специально созданных и применяемых в демонстрационном эксперименте. Преподавателю следует изучить оборудование кабинета в целом и каждый прибор в отдельности, отработать технику демонстрирования. Последняя представляет собой совокупность приемов обращения с приборами и аппаратами в процессе подготовки и проведения демонстраций, которые обеспечивают их успешность и выразительность. Методика демонстрирования – совокупность приемов, обеспечивающих эффективность демонстрации, наилучшее ее восприятие. Методика и техника демонстрирования тесно связаны между собой и могут быть названы технологией демонстрационного эксперимента.

Лабораторные опыты – вид самостоятельной работы, предполагающий выполнение химических опытов на любом этапе урока для более продуктивного усвоения материала и получения конкретных, осознанных и прочных знаний. Кроме того, во время лабораторных опытов совершенствуются экспериментальные умения и навыки, т. к. ученики работают в основном самостоятельно. Выполнение опытов занимает не весь урок, а только часть его.

Лабораторные опыты проводят чаще всего для знакомства с физическими и химическими свойствами веществ, а также для конкретизации теоретических понятий или положений, реже – для получения новых знаний. Последние всегда содержат определенную познавательную задачу, которую учащиеся должны решить экспериментально. Это вносит элемент исследования, активизирующий мыслительную деятельность школьников.

Лабораторные опыты сопровождают изложение учебного материала преподавателем и так же, как и демонстрации, создают у учащихся наглядные представления о свойствах веществ и химических процессах, приучают обобщать наблюдаемые явления. Но в отличие от демонстрационных экспериментов они вырабатывают также экспериментальные умения и навыки. Однако не всякий опыт может быть проведен как лабораторный (например, синтез аммиака и др.). И не всякий лабораторный опыт эффективнее демонстрационного – на проведение многих лабораторных опытов требуется больше времени, причем продолжительность непосредственно зависит от качества сформированных экспериментальных умений и навыков. Задача лабораторных опытов – как можно быстрее познакомить учащихся с изучаемым конкретным явлением (веществом). Применяемая при этом техника сводится к выполнению учениками 2–3 операций, что, естественно, ограничивает возможности формирования практических умений и навыков.

Подготовка лабораторных опытов должна проводиться более тщательно, чем демонстрационных. Это связано с тем, что всякая небрежность и упущение может привести к нарушению дисциплины всего класса.

Нужно стремиться к тому, чтобы лабораторную работу выполнял каждый ученик в отдельности. В крайнем случае, можно допускать, чтобы один комплект оборудования приходился не больше чем на двоих. Это способствует лучшей организованности и активности детей, а также достижению цели лабораторной работы.

После выполнения опытов должен быть проведен их анализ и сделана краткая запись проделанной работы.

Лабораторные опыты по химии могут быть индивидуальными (опыты все учащиеся выполняют индивидуально), групповыми (учащиеся, сидящие за одним столом, выполняют одну и ту же работу, но функции между ними распределены), коллективными (учащиеся, сидящие за разными столами, выполняют разные опыты, а затем докладывают о результатах и делают коллективные выводы). Так как лабораторная работа является частью обычного урока, она должна быть заранее тщательно продумана и технически подготовлена. Лабораторная работа может проводиться перед теоретическим объяснением для создания проблемной ситуации.

Например, ученики проводят следующий эксперимент при изучении темы «Растворы электролитов. Реакции в растворах электролитов» в 9 классе.

Опыт 1. Сухой гидроксид кальция смешивают с сухим фенолфталеином. При этом окраска индикатора вопреки ожиданиям не изменяется.

Опыт 2. К полученной смеси порошков добавляют воду и сразу наблюдают появление малиновой окраски индикатора. Как объяснить наблюдения? Какова роль воды в этом процессе? Чтобы доказать, что это не единичное явление проводится еще один опыт.

Опыт 3. К сухой соли нитрата серебра добавляют сухую соль иодида калия. Никаких изменений не происходит. При добавлении воды к смеси солей появляется ярко-желтое окрашивание.

Учащимся непонятны увиденные явления, у них возникают различные предположения:  вода является источником ионов водорода и гидроксил ионов, что и влияет на изменение окраски индикатора; индикаторы изменяют цвет в зависимости от кислотности раствора, происходит это потому, что в кислой и щелочной среде молекулы индикатора имеют разное строение Таким образом с помощью эксперимента создается проблемная ситуация на уроке. Далее учитель переходит к объяснению процесса диссоциации, роли воды в нем.

Другим вариантом использования ученического эксперимента может быть проведение его для подтверждения теоретических объяснений учителя. Например, при изучении реакции нейтрализации после рассказа учителя о типе таких реакций проводятся лабораторные опыты: 1) действие раствора серной кислоты на раствор гидроксида натрия; 2) действие раствора серной кислоты на гидроксид меди (II); 3) действие азотной кислоты на гидроксид натрия; 4) действие азотной кислоты на гидроксид меди (II). Проводя цикл опытов, учащиеся подтверждают возможность взаимодействия кислот и с растворимыми, и с нерастворимыми основаниями, а также то, что реакция нейтрализации является общим свойством различных кислот.

Практическая работа – вид самостоятельной работы, когда ученики выполняют химические опыты на определенном уроке после изучения темы или раздела курса химии. Она способствует закреплению полученных знаний и развитию умения применять эти знания, а также формированию и усовершенствованию экспериментальных умений и навыков. Вначале на них приобретаются умения обращаться с нагревательными приборами, осваиваются приемы лабораторной техники, изучаются правила техники безопасности. Затем учащиеся занимаются исследованиями свойств простых и сложных веществ, получением их в лабораторных условиях. Каждая новая практическая работа требует все большей самостоятельности, совершенствования умений и навыков.

Практическая работа требует от учащихся большей самостоятельности, чем лабораторные опыты. Это связано с тем, что ребятам предлагается дома познакомиться с содержанием работ и порядком их выполнения, повторить теоретический материал, имеющий непосредственное отношение к работе. Практическую работу ученик выполняет самостоятельно, что способствует повышению дисциплины, собранности и ответственности. И только в отдельных случаях, при недостатке оборудования, можно разрешать работать группами по два человека, но желательно не более.

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. Во время практической работы учащиеся записывают результаты опытов, а в конце урока делают соответствующие выводы и обобщения.

Практические занятия бывают двух видов: проводимые по инструкции и экспериментальные задачи. Инструкция – это ориентировочная основа деятельности учащихся. В ней подробно в письменном виде изложен каждый этап выполнения опытов. Экспериментальные задачи не содержат инструкции, а только условие. Разрабатывать план решения и осуществлять его учащиеся должны самостоятельно. Практическая работа, посвященная решению экспериментальных задач, является разновидностью контрольной работы. Экспериментальные задачи целесообразно распределять по вариантам, чтобы добиться большей самостоятельности и активности учащихся.

Мысленный эксперимент – это метод обучения, использующий воображение учащихся, благодаря которому строится мысленный образ осуществления отдельных стадий опыта. Его часто применяют при решении качественных задач, которые могут быть различными по содержанию.

Приведем примеры этого вида эксперимента.

Задание 1. В трех пробирках находятся растворы этанола, глицерина и глюкозы. Предложите схему идентификации каждого из веществ.