Решение экспериментальных задач

В практике обучения химии в каждом звене учебного процесса учащийся встречается с необходимостью применять знания. Даже в таком простом практическом действии, как зажигание спиртовки, учащийся, выслушав указания учителя, как это нужно делать, получив знания, обучается применять их на практике. И все же обучение рациональным приемам применения знаний остается слабым местом и в теории, и в педагогической практике. Объясняется это тем, что процесс перехода от мысли к практическим действиям очень сложен.

Особое место среди всех способов обучения применению знаний занимают экспериментальные задачи. Их характеристике, классификации уделено большое внимание в методической литературе: в методических пособиях, статьях в журнале "Химия в школе", в брошюрах, выпущенных областными издательствами. Но вследствие большой сложности проблемы (и сравнительной новизны для обучения химии применения задач вообще и экспериментальных в особенности) в ее решении осталось еще много пробелов. Прежде всего недостаточно ясно и точно определены образовательные и воспитательные цели, как общие, относящиеся к применению задач вообще, так и частные - целенаправленность отдельных групп и каждой задачи. Вследствие этого классификация экспериментальных задач не имеет достаточно ясной педагогической основы. При подборе задач, как экспериментальных, так и других, важно определять учебную цель каждой задачи: какие знания усовершенствуются решением этой задачи, какие интеллектуальные умения и технические навыки воспитываются. Так как основная образовательная цель обучения химии состоит в вооружении учащихся знаниями о составе, свойствах и строении веществ, указанных в программе, то и экспериментальные задачи должны быть направлены на то, чтобы учащиеся овладевали этими знаниями. Следовательно, среди экспериментальных задач должны быть задачи, относящиеся к качественному анализу веществ. Такие задачи более других распространены в школьной практике, потому что преподаватели химии более подготовлены к их решению (еще в педагогическом институте, когда они изучали качественный анализ), кроме того, экспериментальное решение этих задач не требует сложного оборудования. Обычно для этого достаточно пробирки или маленькой колбочки; эти опыты проходят сравнительно быстро.

Применяются разные варианты задач этого типа, например: 1) на узнавание вещества, 2) на доказательство того, что данное вещество правильно названо, 3) на отнесение данного вещества к какому-либо классу и т. д.

В содержание обучения химии входит также ознакомление учащихся со способами получения некоторых веществ, имеющих большое научное или практическое значение, а также ознакомление с некоторыми производствами с целью политехнического образования. Поэтому в практике обучения химии должно получить более широкое распространение решение экспериментальных задач на получение веществ. К этому типу задач относится несколько вариантов получения веществ: а) простых; б) окислов; в) оснований; г) кислот; д) солей.

Еще реже предлагаются задачи на сборку приборов по данному рисунку, чертежу или образцу, когда учащимся необходимо бывает применить какой-либо из известных им приборов или придумать свой прибор для осуществления химической реакции. И совсем новым для учителей являются задачи на проектирование приборов для заданных реакций. А между тем значение такого вида самостоятельных работ исключительно велико и для усовершенствования знаний, и, что особенно важно, для развития творческой инициативы учащихся. Определение типов и вариантов задач на дидактической основе является лишь первым шагом в разработке проблемы применения знаний с помощью решения экспериментальных задач. Далее следуют не менее сложные вопросы: какова методика решения задач каждого типа, в чем состоят умения решать эти задачи, как нужно воспитывать эти умения у учащихся.

Несмотря на значительный опыт применения экспериментальных задач в обучении химии, методика их решения почти не разработана. В большинстве случаев учащиеся решают такие задачи "методом проб и ошибок", начиная решение с практических действий. Даже при правильном решении задач педагогический эффект от такой учебной работы невелик, так как отводится много места случайности вместо логически выдержанных умозаключений, приводящих к предвидению результатов и побуждающих к обдуманной проверке теоретических предположений.

Одно из требований, предъявляемых к учащемуся, решающему экспериментальные задачи, состоит в том, что практическим действиям должно предшествовать теоретическое решение экспериментальной задачи. Это требование не вызывает возражений, но редко выполняется на практике. Чаще (если не всегда) наблюдается такое явление: учащийся (или группа учащихся), получив текст задачи и необходимое оборудование для выполнения опыта, немедленно приступает к опытам, прочитав лишь первые попавшие в поле зрения фразы о каких-либо практических действиях.

Из общих указаний к плану решения экспериментальных задач можно привести следующие.

1. Изучение условия задачи с целью уточнения основного вопроса и определения, применение каких знаний (какой темы или раздела) требуется в данной задаче.

2. Мобилизация знаний, необходимых для решения задачи.

3. Расчленение основного вопроса на ряд вопросов, решение которых необходимо для получения ответа на основной вопрос (анализ условия задачи).

4. Составление общего плана решения.

5. Выполнение необходимых действий.

6. Проверка правильности решения и составление отчета.

В опыте учителей, применявших этот план, учебные занятия начинались с того, что повторялось основное требование: прежде чем приступить к опытам учащиеся решают задачу теоретически. Это значит, что они должны сформулировать вопросы, решение которых необходимо для нахождения ответа на основной вопрос, т. е. составить план и выяснить, какие опыты и для решения какого вопроса должны быть выполнены. Это основное условие рациональной учебной работы должно выполняться неукоснительно. Затем следовало решение какой-либо типовой задачи методом беседы: составление и обоснование плана. Ответы, указанные в этом плане, демонстрировал учитель, применяя ту или иную форму сочетания слов с показом опытов.

Следующий этап в обучении решению задач состоял в том, что план составлялся коллективно, а эксперимент выполняли учащиеся, как обычно, на лабораторных занятиях. После этих предварительных занятий следовали самостоятельные решения задач обучающего значения. Чтобы учащиеся овладели умениями решать задачи, они должны были выполнить упражнения в составлении типовых экспериментальных задач.

При обучении решению экспериментальных аналитических задач теоретической основой может быть или атомно-молекулярная теория, или теория электролитической диссоциации. В первом случае учащиеся узнают вещества на основе знания таких признаков, которые являются характерными только для данного вещества, - агрегатное состояние, цвет, запах, растворимость в воде, некоторые химические свойства.

После изучения темы "Окислы, основания, кислоты и соли" представляется возможным решать задачи на узнавание сложных веществ через отнесение данного вещества к тому или иному классу. После же изучения теории электролитической диссоциации определение веществ, находящихся в растворах, сводится к обнаруживанию ионов, преимущественно анионов. Например, анализ солей галогенов состоит в испытании растворов общим реактивом на ионы галогенов, переводом ионов в состояние нейтральных молекул и в определении по цвету раствора свободного галогена в органическом растворителе.

В обучении решению этих задач соблюдалась постепенность перехода от легкого к трудному таким образом: учащимся предлагалось сначала обнаружить один какой-либо галоген, затем - два и три галогена и наконец произвести анализ растворов, содержащих, кроме ионов галогенов, еще ионы или молекулы других веществ. В этом случае особенно важно составление плана решения задач. Большой интерес вызывает у учащихся составление задач. Составление и решение задач способствует лучшему пониманию способов решения.

Значительно сложнее обучение решению задач на получение веществ. Одно из основных затруднений, испытываемых учащимися при решении таких задач, происходит из-за того, что в курсе химии не рассматриваются общие способы получения простых и сложных веществ, хотя с получением значительного количества отдельных веществ учащиеся знакомятся. Основное же условие успешного применения знаний состоит в их обобщенности. Поэтому важной предпосылкой в обучении решать задачи этого типа является ознакомление хотя бы с некоторыми из общих способов получения простых и сложных неорганических веществ. Например, рассмотрение общих способов получения кислот, оснований и солей позволяет учителю организовать решение значительного количества экспериментальных задач и на этом примере ознакомить учащихся с приемами решения задач этого типа и, что особенно важно, развить желание применять обобщенные знания в учебной работе.

Большое значение для развития стремления и способностей к творческой деятельности имеют задачи, развивающие умения монтировать приборы, применяемые в обучении химии, конструировать и проектировать их. Например, в начале учебного года учащимся VIII класса было дано домашнее задание придумать прибор для разложения основной углекислой меди, причем они знали уравнение этой реакции и что она происходит при высокой температуре.

Задача вызвала большой интерес у учащихся. Большинство из них представили рисунки "изобретенных" ими приборов. Но только два проекта оказались сравнительно удачными. Анализ неудачных предложений показал, что для успешного решения задач данного типа недостаточно знаний химической реакции и условий ее осуществления. Необходим еще некоторый запас знаний о том, какие приборы применяются для осуществления разных химических реакций.

Этот вывод был сделан после повторения опыта в следующем учебном году тоже в VIII классе, но с другими учащимися. В новом опыте учащиеся должны были просмотреть в учебнике для VII класса рисунки приборов для получения кислорода, водорода и для осуществления других реакций. Среди этих приборов не было прибора для разложения основной углекислой меди. Но ознакомление с приборами для осуществления других реакций позволило правильно решить задачу всем учащимся класса: было предложено два варианта, и оба они были приняты.

На основании этих опытных уроков и внеклассных занятий можно в порядке предварительных выводов указать на следующие обязательные условия, при которых учащиеся могут успешно решать экспериментальные задачи, включающие проектирование приборов:

1. Уточнение теоретических знаний о химических реакциях, условиях их течения, свойствах исходных и получающихся в результате реакций веществ.

2. Ясное понимание конечных задач эксперимента (изучить явление, получить и собрать вещества и т. д.).

3. Понимание зависимости конструкции и материала прибора от условий течения реакции и свойств веществ, исходных и получающихся в результате реакций.

4. Уточнение знаний приборов, которыми пользуются в химических лабораториях вообще и при решении аналогичных задач в частности.

Опыт организации учебных занятий на уроках и в порядке внеклассной работы показал большую сложность воспитания умений проектировать приборы по заданным химическим реакциям. В то же время выяснилось, что проблема воспитания у учащихся умений применять свои знания и проявлять при этом творчество хотя и сложна, но может решаться в условиях обучения в нашей школе. Пути к ее решению ведут через изучение умственной деятельности учащихся, широкое распространение опытной педагогической работы, основанной на изучении достижений современной советской психологии и педагогики.

Составление учащимися отчета о выполнении практической работы. В практике обучения химии, физике и биологии не всегда уделяется должное внимание составлению отчета, этому значительному этапу в ученическом эксперименте. Некоторые учителя не проявляют должной настойчивости в требованиях к учащимся своевременно, аккуратно, кратко, но содержательно писать ответ, разрешают писать на уроке черновики, а затем дома переписывать отчеты. Происходит это из-за недооценки учебной роли самого процесса составления отчета. Составляя отчет, учащийся учится кратко излагать, что им сделано для достижения цели работы и какие результаты получены в процессе работы. Выражение в письменном слове самого главного и существенного из всего сделанного и наблюдаемого в работе и вместе с тем делает ее результаты более четкими и запоминающимися. Отчет должен быть написан в классе.

В практике обучения химии в высшей и средней школе распространена схема отчета, которым пользуются как стандартом для практических работ на все темы.

По этой схеме отчет составляется в форме трех колонок. Первая колонка озаглавлена "Что делали", вторая - "Что наблюдали", третья - "Объяснение наблюдений и выводы".

Даже при самом беглом рассмотрении этой схемы обнаруживаются существенные ее изъяны. Прежде всего, в ней отсутствует требование фиксации цели опыта или наблюдения. Но дело даже не столько в недостатках самой схемы, сколько в рекомендациях применять ее во всех лабораторных работах независимо от их содержания и цели. Непригодность этой схемы для составления отчета обнаруживается на второй же лабораторной работе, когда учащиеся изучают реакцию соединения. В этом случае содержанию работы более соответствует форма отчета в виде таблицы, в которую заносятся результаты наблюдений. Эта форма служит одновременно и планом работы учащихся. Она соответствует ходу только одного вида работ и не может распространяться на работы другого рода. В отчетах некоторых работ требуются преимущественно рисунки и краткие пояснения к ним. Например, при изучении лабораторных способов получения кислорода и водорода видное место в отчете отводится рисункам приборов и записям уравнений реакций. Из этого следует, что форма отчета должна соответствовать учебным задачам и содержанию работы и вместе с тем отражать метод ведения лабораторных занятий.

Если учебная задача состоит в приобретении учащимися знаний с помощью химического эксперимента с применением исследовательского метода, то в отчете должны быть указаны: цель работы, как она достигалась, какие наблюдения проводились и какие теоретические выводы сделаны на основе этих наблюдений.

Если работа проводилась с целью обучения учащихся применять знания, то в отчете должны быть сформулированы: задача, которую надлежит решить с помощью эксперимента, теоретические положения, на основе которых решается эта задача, и результаты опытов. Но этим не исключаются и другие формы, если они отвечают цели, содержанию и методу ведения лабораторных занятий.

В инструкциях к лабораторным занятиям и в отчетах учащихся видное место занимают рисунки и чертежи приборов и принципиальные схемы процессов или производств.

Привитие учащимся умений технически грамотно выполнять надлежащий рисунок или чертеж представляет для учителя химии и физики довольно сложную задачу, от решения которой он не должен уклоняться. А между тем многие учителя химии избегают сами рисовать на классной доске какой-либо прибор или схему заводской установки, ссылаясь на то, что они не умеют рисовать. Но от учителя не требуется художественного исполнения рисунка или чертежа, а элементарным умениям изображать прибор или схему он может научиться, в этом убеждает опыт многих учителей.