Реферат: Тема Методика формирования понятий о свойствах отдельного химического элемента или вещества

Тема 9. Методика формирования понятий о свойствах отдельного химического элемента или вещества


1. Обзор химических элементов и веществ, изучаемых в курсе химии средней школы. Химия – наука о веществах и их превращениях, поэтому изучению свойств веществ во всех учебных программах уделяется первостепенное внимание. В школе подробно изучается около 30 химических элементов и простых веществ, образованных этими элементами, в том числе – водород, щелочные металлы, щелочноземельные металлы и магний, алюминий, углерод и кремний, азот и фосфор, кислород и сера, галогены, железо и некоторые другие. Многие простые вещества (медь, серебро, ртуть, цинк, хром, марганец, платина, золото, свинец, благородные газы и др.) также довольно часто упоминаются в курсе химии, хотя в составе отдельных параграфов могут не рассматриваться. Названия остальных химических элементов либо вообще в текстах учебников отсутствуют (за исключением Периодической системы), либо упоминаются в единичных случаях. Перечень сложных неорганических веществ, изучаемых в школе довольно велик. Еще более обширен список органических соединений, включенных для изучения в школьные курсы органической химии. Общее число названий веществ в школьных учебниках составляет более 1000.

^ 2. Совокупность знаний, дающих полное понятие об элементе или веществе. Для лучшего усвоения учащимися свойств веществ необходимо изучать их в определенном порядке по определенному плану. Усвоение нового материала облегчается, если он изучается в установленной последовательности. Кроме того, это приучает учащихся к системности и планомерности, как при изучении свойств вещества, так и при построении ответа на собеседовании или на экзамене. Данный прием формирует и развивает логическое мышление, речь и умение высказывать монологические суждения. Предлагаемый план – это не догма или шаблон. В зависимости от возраста и глубины изучаемого вещества план может быть расширен или сокращен.

Примерный план (вопросник) излагается на листе ватмана и является постоянным дидактическим пособием в химическом кабинете школы. По этому плану учащиеся готовят рефераты и доклады по свойствам того или иного вещества или химического элемента. Учителю следует постоянно придерживаться этого плана, независимо от того, как изложен материал в учебнике. Использование плана дает возможность проводить опрос по вопросам и в определенной последовательности. В рамках каждого вопроса также должна соблюдаться логическая последовательность изложения материала.

Примерный план изучения химического элемента

или неорганического соединения

^ 1. Историческая справка. Кем, когда и как было открыто соединение или химический элемент. Происхождение названия, его значение и краткий комментарий.

2. Нахождение в природе. Общее содержание элемента в массовых процентах в земной коре. Изотопный состав. Распределение по сферам (масс. %%; состояние): литосфера; гидросфера; атмосфера; биосфера. Для водорода и гелия приводятся содержание их во Вселенной.

^ 3. Физические свойства при обычных условиях. Агрегатное состояние. Внешние признаки (вкус, цвет, запах, тактильные ощущения и т.д.). Растворимость в воде. Физические константы (плотность, температура плавления и др.)

^ 4. Положение в периодической системе (для химического элемента) или в общей классификации веществ (для соединения). Строение атома или молекулы. Кристаллическая решетка.

^ 5. Химические свойства. Электролитическая диссоциация. Взаимодействие с индикаторами. Взаимодействие с кислородом, водородом, другими неметаллами в последовательности их расположения в периодической системе (галогены, халькогены и т.д.). Взаимодействие с металлами в последовательности их расположения в периодической системе (щелочные металлы, щелочноземельные металлы т.д.). Взаимодействие с водой, оксидами, кислотами, основаниями и солями. Отношение к нагреванию. Особые свойства. Идентификация. Правила обращения. Генетические связи. "Родственные" соединения. Все свойства, которые можно показать с применением натуральных объектов, нужно обязательно демонстрровать экспериментально.

6. ^ Биологические (физиологические) свойства. Значение как биогенного элемента или вещества; механизм действия.

7. Применение в различных отраслях деятельности человека (в определенной последовательности).

8. Получение: а) в лаборатории; б) в промышленности.

9. Краеведческий материал.

10 Обобщение и заключение.

Изучение органического соединения

План изучения органического соединения в основном аналогичен приведенному выше плану с учетом классификации и генетических связей органических соединений. В план необходимо дополнительно включать и рассматривать некоторые вопросы с позиции специфики органической химии.

1. Номенклатура соединения.

2. Гомологический ряд и важнейшие представители.

3. Электронное строение вещества. Изомерия.

4. Химические свойства необходимо рассматривать с учетом механизмов реакций.

5. Генетические связи с другими классами органических веществ.

Изучение закона, теории или учения

Изучение теоретического материала также предполагает определенную логическую последовательность.

1. Состояние науки или раздела науки (проблемы и нерешенные вопросы) до открытия. Необходимо показать, что развитие науки зашло в тупик.

2. Кто, когда, где и как сделал открытие, сформулировал теорию или закон. Оригинальная формулировка.

3. Решение проблем, стоящих перед наукой в результате открытия или формулировки теории, закона.

4. Развитие теории, учения или закона в процессе дальнейшего формирования науки. Современная трактовка закона, учения или теории.

5. Значение закона, теории или учения для развития науки в целом и для практики.

6. Жизнь и деятельность ученого, открывшего или сформулировавшего закон, теорию или учение.

В зависимости от возрастных особенности и программных требований объем и глубина изучаемого материала будет различной. Требования к знаниям, умениям и навыкам учащихся повышаются после изучения таких теоретических вопросов, как: основы атомно-молекулярного учения; генетические связи между основными классами неорганических веществ; периодический закон; строение вещества и химическая связь, основы химической кинетики, теория электролитической диссоциации; теория химического строения органических веществ. После изучения каждого из перечисленных вопросов подход к изучению веществ углубляется и расширяется.

^ 3. Изменение подхода к изучению элемента или вещества в зависимости от глубины его изучения и возрастных особенностей учащихся.

1. Историческая справка. Если в начале изучения химии и на пропедевтических курсах вопрос рассматривается конкретно, то есть, кто и когда сделал открытие, то в старших классах его необходимо рассматривать в связи общественно-исторической обстановкой того времени.

Например, а) 8 класс: открытие кислорода (Дж. Пристли; ХVIII век);


б) 10-11 класс: получение синтетического каучука (С.В. Лебедев; 1932).


^ 2. Нахождение в природе. В 8 классе рассматривается распространение химических элементов в природе, их содержание в горных породах, в составе минералов, в природных водоисточниках и живых организмах. В старших классах обсуждается дополнительно круговорот веществ в природе; содержание элементов и веществ в составе оболочек Земли (литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера); роль элементов и веществ в эволюции и стабильности биогеоценоза; значение химии в охране внешней среды.

^ 3. Физические свойства. На первых этапах изучения химии учащиеся описывают физические свойства вещества при обычных условиях по схеме: агрегатное состояние; внешние признаки (вкус, цвет, запах, тактильные ощущения и т.д.); растворимость в воде; физические константы (плотность, температура плавления и др.). После изучения периодического закона и строения атома учащиеся знакомятся с закономерным изменением физических свойств в зависимости от положения элемента в Периодической системе (фактически в зависимости от строения атома и кристаллической решетки). При изучении органической химии рассматривается изменение физических свойств веществ в пределах гомологических рядов. Особое значение в старших классах придается формированию у учащихся убеждения, что свойства вещества зависят от его строения и типа химической связи, то есть свойство вещества и его строение диалектически взаимосвязаны и взаимозависимы.

^ 4. Положение в периодической системе (для химического элемента) или в общей классификации веществ (для соединения). Первые сведения о строении веществ (качественный и количественный состав) учащиеся узнают в 8 классе. Эти данные позволяют развить понятия о строении и свойствах важнейших классов неорганических веществ, понятия о классификации химических элементов на основе строения их атомов. Ученики старших классов должны знать не только свойства важнейших элементов и соединений, изучаемых по программе, но и уметь прогнозировать свойства неизвестных им элементов и соединений, исходя из положения элемента в Периодической системе (фактически на основе строения атома) и нахождения соединения в общей классификации веществ (неорганических и органических). В старших классах более глубоко рассматривается электронное строение вещества, его кристаллическая решетка.

^ 5. Химические свойства. Химические свойства – основной вопрос химии, в свою очередь также рассматриваются по определенному плану. Первоначально эти свойства преподносятся ученикам в виде фактического материала. По мере изучения теорий, законов и учений свойства веществ описываются на основе полученных теоретических представлений с указанием механизма реакции, его типа и условий протекания.

Химические свойства неорганических веществ можно рассматривать по следующему плану

-Отношение к воде;

-Электролитическая диссоциация;

-Взаимодействие с кислородом;

-Взаимодействие с водородом;

-Взаимодействие с галогенами;

-Взаимодействие с серой;

-Взаимодействие с азотом и фосфором;

-Взаимодействие с углеродом и кремнием;

-Взаимодействие со щелочными металлами;

-Взаимодействие со щелочноземельными металлами;

-Взаимодействие с другими металлами;

-Взаимодействие с оксидами;

-Взаимодействие с типичными кислотами;

-Взаимодействие с кислотами-окислителями;

-Взаимодействие с основаниями;

-Взаимодействие с солями;

-Взаимодействие с органическими веществами;

-Отношение к нагреванию;

-Окислительно-восстановительные свойства;

-Генетические связи с другими классами веществ;

-Качественные реакции;

-Особые свойства.

По мере изучения теоретических вопросов необходимо научить учащихся:

а). Объяснять и предвидеть свойства элементов и веществ с точки зрения атомно-молекулярного учения, Периодического закона, теории строения атомов, молекул, химической связи, теории электролитической диссоциации, закономерностей химической кинетики, теории строения органических веществ.

б). Сравнивать и сопоставлять свойства отдельных элементов и веществ, групп и классов элементов и веществ, отмечая при этом определенные закономерности в изменении свойств веществ и генетические связи между ними.

в). Объяснять механизмы и закономерности химических реакций с точки зрения тех или иных теоретических представлений.

^ 6. Биологические (физиологические) свойства. В 8 классе дается лишь констатация физиологических свойств веществ и элементов – необходимо для нормального развития организма; безразлично для нормального функционирования организма; является ядом или наносит определенный вред организму. По мере изучения биологии становиться возможным и необходимым разъяснять механизм действия элемента или вещества на организм; более подробно изучать их физиологическую роль в жизнедеятельности человека, животных и растений (например, действие угарного газа на человека; классификация аминокислот на заменимые и незаменимые и т.д.).

На всех этапах обучения нужно рассматривать вопросы техники безопасности при работе с веществами и правила хранения и обращения с изучаемыми веществами.

7. Применение. На всех этапах обучения обзор применения веществ необходимо рассматривать с точки зрения свойств вещества. Следует научить учащихся приводить примеры применения веществ по отраслям хозяйства и отдельным направлениям деятельности человека, в определенной последовательности, например: машиностроение, строительство, транспорт, сельское хозяйство, электроника, медицина, искусство, домашнее хозяйство и быт и т.д.

Суждение учащегося должно звучать следующим образом. Алюминий один из самых дешевых металлов, его сплавы имеют высокую прочность, малую плотность, устойчивы к коррозии, поэтому силумин, дуралюмин и др. сплавы используются в качестве конструкционных материалов в машиностроении, в строительстве, в транспортных средствах, в авиации и т.д. Легкость и высокая электрическая проводимость позволяют использовать алюминий для изготовления электропроводов. Алюминий и специальные сплавы не ядовиты, поэтому их используют для изготовления посуды, фольги для упаковки продуктов и различной утвари. Гидроксид алюминия как амфотерный неядовитый гидроксид применяется в составе антацидов при лечении повышенной кислотности желудочного сока. Свойство алюминия реагировать с растворами щелочей с выделением водорода используют на заводах стройматериалов при получении пеноблоков.

8. Получение. Получение вещества рассматривают в двух вариантах: а) в лаборатории; б) в промышленности.

Лабораторный вариант требует знания условий и техники безопасности проведения реакции, установки для получения вещества и уравнения реакции. В старших классах учащиеся должны обосновать получение вещества наиболее оптимальным в условиях школы способом.

Производство вещества изучается (к сожалению довольно поверхностно) на примере получения серной кислоты, азотной кислоты, аммиака, удобрений, стекла, ацетилена, каучука, волокон и т.д. Изучение производства вещества может быть рекомендовано по следующему плану.

а). Краткая характеристика данного производства (история, перспективы развития).

б). Основные продукты производства и их значение.

в). Сырье, его химический состав, добыча, переработка, доставка и т.д.

г). Основные химические реакции, лежащие в основе подготовки и переработки сырья до выхода готового продукта производства.

д). Основные этапы и линии производства; отдельные аппараты и устройства, в которых осуществляются производственные процессы.

е). Научные принципы, используемые на данном производстве (определение оптимальных условий проведения реакций, комплексное использование сырья, циркуляционная технология, противоток реагирующих веществ, теплообмен, катализаторы и т.д.).

ж). Химические профессии на данном производстве, возможности их получения.

з). Социальное и медицинское обеспечение работающих, экологическая обстановка на рабочих местах и вокруг предприятия.

Примечание. Информацию по всем вопросам, связанным с производством можно получить в журнале "Химия в школе" и в научно-популярной литературе.

^ 9. Краеведческий материал. Включение учителем в процесс изучения вещества краеведческих данных об этом веществе повышает интерес учащихся к предмету; показывают нагляднее значение химии для региона; убеждают учащихся в том, что химия – это не только колбочки и пробирки в химическом кабинете, но и реальные дела, производства. То есть, химия – настоящая производительная сила в экономике региона и страны в целом.


В ходе изучения вещества учитель химии должен применять весь методический потенциал, сочетать словесные, наглядные и практические методы обучения. При невозможности показать свойства вещества на натуральных объектах, учитель применяет компьютерные технологии.

^ 4. Примеры краеведческого материала (Саратовская область)



^ ВЫПУСК ОСНОВНЫХ ВИДОВ ХИМИЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ
В НАТУРАЛЬНОМ ВЫРАЖЕНИИ В 2001 ГОДУ (САРАТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ)

Продукция

Объём, тыс. тонн

^ Темп роста, %

Серная и фосфорная кислоты

1 705,8

113,6

Минеральные удобрения

715,5

104,5

Нитрил акриловой кислоты

96,4

116,2

Метилметакрилат

20,6

104,2

Синтетические моющие средства

 

95,1

Фенол

33,3

93,3

Химические волокна и нити

32,3

80,0
Б алаковский район 

Балаковский район расположен на границе Среднего и Нижнего Поволжья, в северной части Левобережья. 
Площадь — 3,1 тыс. кв. км. 
Население — 228,6 тысячи человек, из них в г. Балаково — около 208,3 тысячи, 45 сел. 
Район расположен в степной зоне. Это приволжский район, омываемый водами Саратовского водохранилища при впадении в Волгу двух рек — Большого и Малого Иргиза. 

Балаково — второй в области промышленный центр. В нем работает более 20 крупных промышленных предприятий: химические — АО "Балаковские волокна", АО "Иргиз", АО "Балаковорезинотехника"; машиностроительные, ряд строительных, монтажных, транспортных организаций и предприятий местной перерабатывающей промышленности. 
Один из самых мощных в стране центров электроэнергетики: Саратовская ГЭС, Балаковская АЭС, ТЭЦ. 

Здесь действует крупный грузовой порт, аэропорт, имеются железнодорожный и автомобильный переходы через Волгу по плотине ГЭС. Сельское хозяйство зерно-маслично-животноводческого направления. Развивается овощеводство и кормопроизводство на орошаемых землях. Здесь начинается Саратовский оросительный канал. 
Имеются институт техники, технологии и управления, химико-технологический техникум и медучилище, 6 ПТУ. 

Наиболее значительные памятники истории, архитектуры и градостроительства: усадьба и особняк П. Мальцева, Свято-Троицкая церковь конца XIX в. работы Ф. Шехтеля, дом-музей В.И. Чапаева, филиалы областных музеев им. А.Н. Радищева и краеведения.  Балаково основан в 1762 г. старообрядцами. Город — с 1913 г. Выдающиеся люди Балаковской земли — изобретатели первого в мире гусеничного трактора Ф.А. Блинов и колесного самохода Я.В. Мамин, полководец гражданской войны В.И. Чапаев, народный артист СССР Е.А. Лебедев, академик ВАСХНИЛ А.И. Бараев, конструктор первых отечественных подводных лодок В.Н. Перегудов. 

^ ОСНОВНЫЕ ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ: ЗАПАСЫ, ОБЪЕМ ДОБЫЧИ

Основные природные ресурсы Саратовской области – природный газ, нефть, строительные материалы, горючие сланцы.

^ Топливно-энергетические ресурсы. На территории области разрабатывается более 40 месторождений нефти и газа, наиболее крупными из которых являются Елшанско-Курдюмовское, Соколовогорское, Песчано-Уметское, Горючкинское, Урицкое, Степновское. В области известно более 100 торфяных залежей. Запасы горючих сланцев оцениваются в несколько миллиардов тонн.

^ Нерудные полезные ископаемые. В области обнаружены месторождения фосфоритов, кирпичных глин, керамзитовых глин, различных видов песка (стекольного, формовочного, строительного), песчано-гравийных смесей, мела, цементного сырья, строительных камней, известняка, песчаников, минеральных красителей, опоки, трепела, минеральных солей, цеолитов, глауконитов, лечебных грязей.

Гидроресурсы. На р. Волге расположены два водохранилища: Саратовское (с плотиной в г. Балакове) и Волгоградское. В области насчитывается около 180 малых рек.

^ Лесные ресурсы. Леса занимают площадь 560 тыс. га. Общий запас древесины составляет 52 млн. куб. м. Из них пригодны к эксплуатации: 0,2 млн. куб. м – хвойные породы, 6,1 млн. куб. м – твердолиственные и 3,9 млн. куб. м – лиственные породы.

^ ПРОМЫШЛЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ПО ОСНОВНЫМ ОТРАСЛЯМ

Ведущими отраслями промышленности Саратовской области являются: топливная промышленность, электроэнергетика, машиностроение (приборостроение, электроника, дизелестроение, самолетостроение, энергетическое, химическое и нефтяное машиностроение), химическая и нефтехимическая, пищевая.

^ Топливная промышленность. Доля отрасли в промышленном производстве составляет 25,1%. Наиболее крупные предприятия: ЗАО «ЛУКОЙЛ-Саратов», ОАО «Саратовнефтегаз», ОАО «Саратовский НПЗ», ОАО «Нефть».
Электроэнергетика. Доля электроэнергетики в промышленном производстве составляет 20,5%. Энергетический комплекс представлен ОАО «Балаковская АЭС», ОАО «Саратовская ГЭС», ОАО «Саратовэнерго». Общая установленная мощность электростанций составляет 6,9 МВт.

^ Машиностроение и металлообработка. Доля отрасли в промышленном производстве составляет 16,9%. Наиболее крупные предприятия: ФГУП НПП «Алмаз», ОАО «Рефлектор», ФГУП ПО «Корпус», ОАО «Трансмаш», ОАО «Тролза».
^ Химическая и нефтехимическая промышленность. Доля отрасли в промышленном производстве составляет 12,8%. Основные виды производимой продукции: химические волокна и нити, минеральные удобрения, серная кислота.  Наиболее крупные предприятия: ООО «Хенкель-Юг», ОАО «Балаковское химволокно», ООО «Саратоворгсинтез».
Пищевая промышленность. Доля отрасли в промышленном производстве составляет 11,6%. Наиболее крупные предприятия: ОАО «Саратовский комбинат хлебопродуктов», ОАО «БАТ – Саратовская табачная фабрика», ООО «Славянка».


Сельское хозяйство. Площадь сельскохозяйственных угодий составляет 8044,1 тыс. га, пашни занимают 5688,2 тыс. га. Валовой сбор основных сельскохозяйственных культур в 2002 г. составил (тыс. т): зерновые культуры – 3721,1, подсолнечник – 240,9, сахарная свекла – 98,8, картофель – 442,3, овощи – 208,1.