Техника и методика постановки школьного эксперимента методические указания к выполнению самостоятельной работы

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Костромской государственный университет

Кафедра химии

И. А. Кусманова, В. В. Замышляева

ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ПОСТАНОВКИ ШКОЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

Методические указания к выполнению самостоятельной работы

Текстовое учебное электронное сетевое издание

Кострома

КГУ

2020

УДК 373.5.016:54(07)(075) ББК 74.262.4я73-1

К944

Рассмотрено и рекомендовано к изданию редакционно-издательским советом Костромского государственного университета.

Р е ц е н з е н т :

Ю. П. Гладий, канд. хим. наук, доцент кафедры общей и теоретической физики Костромского государственного университета.

Кусманова, И. А.

К944 Техника и методика постановки школьного эксперимента : методические указания к выполнению самостоятельной работы / И. А. Кусманова, В. В. Замышляева. – Кострома : Костромской государственный университет, 2020. – URL: http://library.ksu.edu.ru/ExtSearch. asp. – Загл.

с титульного экрана. – Текст : электронный.

Методические указания к выполнению самостоятельной работы по дисциплине «Техника и методика постановки школьного эксперимента» содержат краткие теоретические сведения по курсу, методические рекомендации для проведения уроков по химии, примеры оформления инструкций по проведению эксперимента, а также задания для самостоятельной работы.

Предназначены для студентов, обучающихся по направлению подготовки 04.03.01 «Химия», направленность «Химия».

УДК 373.5.016:54(07)(075) ББК 74.262.4я73-1

©Кусманова И. А., Замышляева В. В., 2020

©Костромской государственный университет, 2020

2

ВВЕДЕНИЕ

Химический эксперимент придает особую специфику предмету химии. Он является важнейшим способом осуществления связи теории с практикой путем превращения знаний в убеждения.

Умело использованный химический эксперимент имеет большое значение не только для достижения поставленных образовательных и воспитательных задач в преподавании химии, но и для развития познавательных интересов учащихся. 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 по химии могут приобрести формальный оттенок, и, как результат, резко падает интерес к предмету.

В школьном курсе химии эксперимент является не только методом исследования, источником и средством нового знания, но и своеобразным объектом изучения.

1. ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ КАК МЕТОД ОБУЧЕНИЯ

Специфика химии как науки экспериментально теоретической поставила учебный эксперимент на одно их ведущих мест. Химический эксперимент в обучении позволяет ближе ознакомить учащихся не только с самими явлениями, но и с методами химической науки.

Проблема использования школьного химического эксперимента – одна из наиболее разработанных в методике, так как именно она более других отражает специфику учебного предмета. Широко известны в методике исследования В. Н. Верховского, К. Я. Парфенова, В. С. Полосина, Л. А. Цветкова, И. Н. Черткова, А. Д. Смирнова, И. Л. Дружинина, Ю. В. Сурина.

Вметодической литературе можно встретить много различных формулировок понятия химического эксперимента, используемого для обучения: «школьный химический эксперимент», «ученический эксперимент по химии» и др. В качестве центрального в этом многообразии понятий можно выделить понятие «учебный химический эксперимент».

Вучебном химическом эксперименте наиболее общими являются следующие компоненты:

1) изучение химических объектов (веществ и химических реакций), рассчитанное на одновременное восприятие всеми обучаемыми;

2) постановка целей и задач эксперимента;

4

3)экспериментальная деятельность самих обучаемых;

4)освоение техники химического эксперимента.

На основе этих общих компонентов понятие «учебный химический эксперимент» можно представить как специальным образом организованный фрагмент процесса обучения, направленный на познание объектов химии и развитие экспериментальной деятельности обучаемых.

Выделяют следующие типы учебного химического эксперимента: демонстрационный опыт, лабораторный опыт, лабораторная работа, практическая работа, лабораторный практикум и домашний эксперимент.

По характеру воздействия на мышление учащихся, методики организации школьный химический эксперимент может осуществляться в исследовательской и иллюстративной форме.

Иллюстративный метод называют иногда методом готовых знаний: учитель сначала сообщает то, что должно получиться в результате опыта, а затем иллюстрирует сказанное демонстрацией, или изучаемый материал подтверждается проведением лабораторного опыта.

Исследовательским называют метод, в результате которого учащимся предлагается подобрать реактивы и оборудование для проведения опыта, спрогнозировать результат, выделить главное в наблюдениях и самостоятельно сделать вывод. Учитель проводит опыт как бы под руководством учащихся, выполняя предложенные экспериментальные действия, комментирует правила безопасности проведения эксперимента, задает уточняющие вопросы.

На первом этапе изучения химии, иллюстративный метод проведения демонстрационных опытов оказывается более эффективным, чем исследовательский. В этом случае учащиеся испытывают меньше затруднений при последующем описании наблюдений, формулировании выводов. Однако использование иллюстративного метода не должно ограничиваться только грамотным комментарием учителя. Более прочными у учащихся будут знания, полученные в результате эвристической беседы, построенной учителем в ходе демонстрации. По мере роста готовности школьников к самостоятельному наблюдению в процессе изучения химии возможно увеличение доли исследовательского метода при проведении демонстраций. Правильный выбор формы организации эксперимента является показателем педагогического мастерства учителя.

Школьный химический эксперимент можно разделить на демонстрационный, когда эксперимент показывает учитель, и ученический, выполняемый учащимися.

5

2. ДЕМОНСТРАЦИОННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Наиболее распространенным и сложным в преподавании является проведение демонстрационных опытов, в которых наблюдаются предметы и процессы.

Демонстрационным называют эксперимент, который проводит в классе учитель, лаборант или иногда один из учащихся. Этот эксперимент учитель использует в начале курса с целью научить учащихся наблюдать за процессами, приемами работы, манипуляциями. Это вызывает у учащихся интерес к предмету, начинает формировать у них практические умения, знакомит с химической посудой, приборами, веществами

ит. д. Демонстрационный эксперимент применяют тогда, когда:

−опыт сложный и не может быть осуществлен самими обучающи-

мися;

−обучающиеся не владеют нужной техникой для проведения данного опыта;

−– лабораторные опыты не дают должного результата;

−в распоряжение обучающихся невозможно предоставить необходимое количество оборудования;

−опыты представляют некоторую опасность для обучающихся.

В школе используют демонстрационный эксперимент двух типов:

1)демонстрации, когда объекты демонстраций ученик наблюдает непосредственно. В этом случае показывают вещества и проводят с ними различные химические операции (например, нагревание, сжигание) или демонстрируют опыты в сосудах большого размера – стаканах, колбах

идр.;

2)опосредованные демонстрации. Используются в тех случаях, когда происходящие процессы мало заметны или слабо воспринимаются органами чувств. В этих случаях химические процессы воспроизводятся с помощью различных приспособлений. Так, плохо видимые химические реакции проецируют на экран, используя кодоскоп; процессы электролитической диссоциации обнаруживают при помощи пробников; плотность растворов определяют при помощи ареометров.

Следует умело использовать эти два вида демонстраций, не преувеличивать значения одного из них, например нельзя все опыты показывать только проецированием на экран, так как в этом случае учащиеся не будут непосредственно видеть вещества и происходящие процессы, следовательно, не приобретут о них конкретных представлений. Иногда оказывается целесообразным комбинированный прием с привлечением непосредственных и опосредованных демонстраций, когда показывают хорошо видимые операции в стеклянной посуде, а отдельные, плохо видимые детали

6

проецируют на экран. Или при опосредованной демонстрации на демонстрационный стол (или столы учащихся) выставляют взятые и полученные вещества, а процессы между ними проецируют на экран.

Дидактический эффект демонстрационных опытов зависит от таких факторов, как техника проведения опыта и создание оптимальных условий наглядности того, что хочет показать и доказать учитель, то есть достижения цели эксперимента.

Требования к демонстрационному эксперименту

Наглядность. Наглядность – важнейший принцип обучения, провозглашенный еще Я. А. Коменским. Реактивы должны использоваться в таких количествах и в посуде такого объема, чтобы все детали были хорошо видны всем учащимся. Наглядность опыта можно усилить, демонстрируя его через кодоскоп в кювете или чашке Петри (например, взаимодействие натрия с водой, в которую влили 1–2 капли фенолфталеина, добавление штриха натрия результативно). Для большей наглядности широко используются предметные столики.

Простота. В приборах не должно быть нагромождения лишних деталей. Следует помнить, что, как правило, в химии объектом изучения является не сам прибор, а процесс, в нем происходящий. Нельзя употреблять в опытах бытовую посуду – это снижает культуру эксперимента.

Безопасность эксперимента. Учитель несет полную ответственность за безопасность учащихся во время урока и на внеклассных занятиях, поэтому он обязан знать правила техники безопасности при работе в химическом кабинете. В ходе выполнения эксперимента необходимо обеспечивать чистоту на рабочем месте. Демонстрационный эксперимент, независимо, кто его проводит, учитель или ученик, должен, прежде всего, быть безопасным, как для экспериментатора, так и для наблюдателей.

Надежность. Соблюдение данного требования зависит от предварительной подготовки, прибор и реактивы, подготовленные для эксперимента, должны быть проверены. Г. М. Чернобельская рекомендует в случае, если опыт все же не удался, сразу же показать его вторично. Причину неудачи следует объяснить учащимся. Если опыт снова провести невозможно, то его обязательно показывают на следующем уроке.

Сочетание демонстрации опыта с комментарием учителя. Данное требование играет главную роль в демонстрации, когда учитель посредством комментария руководит наблюдением за ходом эксперимента. Необходимо обеспечивать правильное восприятие эксперимента. Учащиеся должны видеть логику действий и последующее или сопутствующее объяснение.

7

План комментария эксперимента

1.Название опыта.

2.Класс, тема урока.

3.Форма эксперимента.

4.Цель опыта.

5.Устройство прибора. Техника выполнения. Меры предосторож-

ности.

6.Методика проведения опыта. Объяснение химизма процесса.

7.Способ утилизации продуктов реакции.

8.Возможные технические затруднения при проведении опыта. Возможные методические затруднения при организации наблюдения учащихся и осмысления ими результатов опыта.

9.Методическая ценность данного эксперимента.

Проведение эксперимента учителем может быть осуществлено как чисто иллюстративным методом, так и частично-исследовательским.

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 следующий 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, обучающиеся 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.

8

Рассмотрим обратные варианты. При изучении свойств, например, серной кислоты учитель может сказать: «Серная кислота в водном растворе обладает свойствами, типичными для неорганических кислот, и реагирует с металлами, основными 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 затруднительным.

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.

9

Таким образом, в процессе демонстрирования осуществляется три функции учебного процесса: образовательная, воспитательная и развивающая. Демонстрационный опыт позволяет формировать у учащихся основные теоретические понятия химии, обеспечивает наглядное восприятие химических явлений и конкретных веществ, развивает логическое мышление, раскрывает практическое значение химии. С его помощью перед учащимися ставят познавательные проблемы, выдвигают гипотезы, проверяемые экспериментально. Он способствует закреплению и дальнейшему применению изучаемого материала.

При проведении урока может быть использована серия демонстрационных опытов. Как определить последовательность их демонстрации? Рассмотрим, чем нужно руководствоваться при этом на примере темы «Кислород».

При изучении темы «Кислород» учитель демонстрирует учащимся горение в кислороде серы, угля, фосфора и железа. Правильной будет следующая последовательность демонстраций: горение угля, горение серы, горение фосфора, горение железа. Такой порядок объясняется внешним эффектом, сопровождающим горение данных веществ. Уголь горит более энергично в кислороде, чем на воздухе. Горение серы в кислороде сопровождается появлением большого синего пламени. Фосфор ослепительно сгорает в кислороде. И наконец, горение железа похоже на горение бенгальских огней.

При изменении данного порядка эффект последующих реакций будет ниже предыдущих, что, несомненно, вызывает разочарование учащихся. Кроме того, мы демонстрируем сначала горение в кислороде веществ, горючих на воздухе (С, S, Р), и только потом горение негорючего вещества железа. Наконец, первые три процесса – это взаимодействие кислорода

снеметаллами, а последняя демонстрация – взаимодействие кислорода

сметаллами. Если учитель акцентирует внимание на этом, то он формирует системность знаний учащихся.

Однако демонстрации опытов не вырабатывают у обучающихся требуемых экспериментальных умений и навыков, поэтому должны дополняться лабораторными опытами и практическими занятиями.

Задания для самостоятельной работы по теме «Демонстрационный химический эксперимент»

1.Составить методические рекомендации по организации и проведению демонстрационного химического эксперимента.

2.Составить картотеку демонстрационных опытов для 8 и 9 классов по примерной рабочей программе О. С. Габриеляна, И. Г. Остроумова, С. А. Сладкова.

10