Методичний матеріал "Створення проблемних ситуацій на уроках хімії"

Львівський державний ліцей

з посиленою військово-фізичною підготовкою ім. Героїв Крут

Методичний матеріал

 Створення проблемних ситуацій на уроках хімії

Вчитель хімії  Писарева Н.П

2021-2022 н. р.

Усвідомлюючи високу ефективність проблемного навчання і одночасно складність його впровадження  у навчальній практиці, кілька років поспіль в окремих класах пробую використовувати цей метод.

Навчання, шляхом створення проблемних ситуацій, має дуже глибокі корені. Ще Сократ у своїх бесідах учив слухачів логічно мислити, шукати істину. Великий педагог І.Г. Песталоцці навчав так, щоб учень не тільки отримував знання, але й шукав їх.

Маючи високу ефективність, проблемне навчання одночасно є складним. Воно вимагає від учителя високої компетентності, знання структури проблемного вивчення матеріалу, дотримання послідовності її етапів, для учня − досконалих знань попереднього матеріалу, а далі − вміння побачити (усвідомити) проблему, сприйняти її, сформулювати проблемне питання, проникнути в його суть, використати свій інтелект для висунення  гіпотез, перевірити кожну з них експериментально чи теоретичним способом, доказати правильність вибраного, зробити висновок, узагальнити.

Цінність технології полягає в тому, що учень здобуває знання в результаті своєї розумової праці, через пошукову діяльність, і це формує його творчі здібності, сприяє розвитку, самовдосконаленню.

Проблемні ситуації можна створювати при вивченні будь-якої теми курсу хімії.  В органічній хімії, де властивості речовин вивчаються на основі їхньої будови, створення проблемних ситуацій є найбільш актуальним.  Ланцюжок проблемних питань можна побудувати вже на початку вивчення органічної хімії і протягнути його через увесь курс.

Наведу кілька прикладів.

Вчитель пропонує скласти графічну електронну формулу двох атомів: Оксигену і Карбону,  знайти спільне в   електронній будові, вказати кількість хімічних зв’язків, які можуть утворити атоми.

Учні будують графічні формули обох атомів, повідомляють, що атоми мають по два неспарені електрони на зовнішньому енергетичному рівні. Використовуючи раніше здобуті знання про хімічний зв'язок, стверджують, що кожен з атомів може утворити два хімічні зв’язки. 

Вчитель демонструє модель молекули метану  і констатує факт – Карбон в органічних сполуках утворює чотири хімічні зв’язки, проявляє валентність   чотири. Оксиген  такої валентності не проявляє, хоча кількість неспарених (валентних) електронів в елементів однакова.

Виникає проблемна ситуація, яка характеризується несумісністю двох інформацій – обидва елементи мають по два валентних електрони, але один з них в органічних сполуках чотиривалентний.

Ця несумісність породжує проблему. Повстає запитання:

« Чому два елементи з однаковим числом неспарених (валентних) електронів проявляють різну валентність?».

Усвідомивши суть проблеми, учні переходять до висунення гіпотез. Серед них можуть бути і такі міркування: якщо валентність Карбону чотири, то він повинен мати чотири неспарені електрони. Як утворюються ці електрони? Можливо, треба змінити електронну конфігурацію атома.

Вчитель пропонує учням змінити розподіл електронів у графічній електронній формулі  атома Карбону. У них два варіант – розпарувати s-електрони  першого чи другого енергетичних  рівнів. Який варіант вірний?

Знання про те, що валентними є електрони зовнішнього енергетичного рівня дає їм можливість прийняти вірне рішення.

Вчитель ставить наступне запитання: « Чи можливий такий перехід електронів у атома  Оксигену?»

Відповідь учнів однозначна – ні, атом Оксигену немає вільної орбіталі.

Далі вчитель розповідає про збуджений стан атома  і підтверджує гіпотезу: у збудженому стані  в результаті поглинання світлової чи теплової енергії атом характеризується переходом валентних електронів на вільну електронну орбіталь.

Атом Карбону, на відміну від атома Оксигену, має вільну 2p орбіталь, на яку і перескочить  електрон при збудженні атома. Чотири неспарені електрони дають атому можливість утворити чотири хімічні зв’язки.

    С                       С

 1s²2s²2p²                      1s²2s¹2p³

основний стан                збуджений стан

 Учні отримали знання у результаті власної пошукової праці.  Ці  знання  на довше відкладуться в пам’яті  і надалі допоможуть їм вірно складати структурні формули органічних сполук.

Вивчаючи будову молекули метану, пробуємо створити нову проблемну ситуацію.

 Учням вже відомо, що атом Карбону  у збудженому стані має чотири неспарені електрони: 2S 2P_x   2P_y  2P_z. Орбіталі цих атомів різні за формую: S-орбіталі мають форму кулі, Р-орбіталі – форму гантелі (об’ємної вісімки).  S і Р орбіталі   відрізняються величиною енергії, міцністю. При утворенні молекули метану внаслідок перекриття цих електронних орбіталей з S-електронними орбіталями атомів Гідрогену мали б утворитись нерівноцінні С - Н зв’язки. Проте ще у XIX столітті  О.М. Бутлеров у своїх працях довів, що всі зв’язки атома Карбону в молекулі метану однакові за довжиною, енергією, міцністю, тобто утворені однаковими орбіталями.

Вчитель демонструє модель молекули метану, розміщену в правильному скляному тетраедрі.

Виникає суперечність: різні електронні орбіталі утворюють однакові зв’язки.

Суперечність породжує проблему: « Яким чином різні орбіталі валентних електронів утворюють однакові хімічні зв’язки?»

Йде творчий пошук, висуваються різні припущення. Тут вчитель може дати учням підказку.  Наприклад, знайдіть зв'язок між поняттями селекція та грейпфрут?

І якщо буде припущення, що орбіталі змішуються, змінюючи при цьому свою форму, то цього буде достатньо, щоб  перейти до пояснення явища гібридизації.

При вивченні властивостей ненасичених вуглеводнів, розгортається новий ланцюжок проблемних ситуацій.

Вчитель пропонує учням вивести молекулярну формулу етену за масовими частками елементів: масова частка Карбону становить 85,7%, масова частка  Гідрогену – 14,3% і скласти можливі варіанти структурних формул молекули.

На основі знань про будову насичених вуглеводнів учні складають кілька структурних формул частинок – вуглеводневих радикалів. Їм не вдається використати всі валентності атомів Карбону, не вистачає  двох атомів Гідрогену для насичення чотирьох валентностей Карбону.

 Виникає невідповідність між складом і будовою молекули, між нагромадженими знаннями та поставленим завданням.

Так як всі валентності атомів Гідрогену використані, учні висувають припущення, що між атомами Карбону утворюється ще один зв'язок.

Вчитель переходить до пояснення явища SP²- гібридизації, утворення подвійного зв’язку між атомами Карбону як комбінацію Ϭ та π-зв’язків. Порівнюючи енергетичні характеристики одинарного і подвійного зв’язків, учні бачать, що енергія подвійного зв’язку (614кДж/моль) більша за енергію одинарного зв’язку (348кДж/моль), але менша за його подвоєне значення (696кДж/моль). Це доводить, що подвійний зв'язок не є сумою двох одинарних. Енергія π-звязку менша за енергію Ϭ-звязку і становить: 614 – 348 = 266(кДж/моль).

Розуміння природи подвійного зв’язку дасть можливість учням знайти правильну відповідь  на ще одне проблемне запитання : «Чи впливатимуть особливості будови етену на його властивості? Якщо так, то які властивості етену можна передбачити?»

Учні звертають увагу на величину енергії π-звязку. Роблять висновок про його  меншу міцність у порівнянні з Ϭ-зв’язком і передбачають можливість розриву під впливом реагентів.

При вивченні фізичних властивостей насичених одноосновних спиртів учні  знову залучаються до пошуку знань. Вчитель записує на дошці температуру кипіння етану (- 89ᵒС) і температуру кипіння метанолу (64,5ᵒС), пропонує порахувати   молекулярні маси двох речовин. Підрахунки показують, що величини молекулярних мас близькі за значенням.

Виникає невідповідність: невелике значення відносної молекулярної маси і висока температура кипіння.

Повстає запитання: « Чим обумовлена така висока температура кипіння спирту?»

 Етан – газоподібна речовина, метанол – рідина.

На основі знань з фізики, учні припускають, що відстані між молекулами метанолу є менші ніж між молекулами етану. Це припущення дозволяє ближче підійти до відповіді на поставлене запитання.

Вчитель підтверджує їх думку, пояснюючи, що відстані між молекулами спирту зменшується за рахунок утворення між молекулами водневих зв’язків.

Учні осмислюють сказане і роблять висновок: щоб рідина закипіла потрібно затратити додаткову енергію на руйнування цих зв’язків. Цим пояснюється висока температура кипіння спирту.

Цікаве проблемне запитання можна поставити при вивченні хімічних властивостей амінокислот. Молекули амінокислот, як амфотерні сполуками, мають здатність сполучатися між собою. Молекули, наприклад, алюміній гідроксиду теж амфотерні. Чи можуть вони взаємодіяти між собою?

І такий ланцюжок проблемних ситуацій можна протягнути через весь курс органічної хімії.

Як приклад, сформулюємо  кілька проблемних питань, які можна сформулювати при вивченні  курсу загальної та неорганічної хімії. Наприклад, при вивченні електронної будови атомів лужних металів: «У атомів лужних елементів: Li, Na, K− один електрон на зовнішньому енергетичному рівні. Атом хімічного елемента Сu теж має один електрон на зовнішньому енергетичному рівні. Чи є він лужним елементом?»

При вивченні теми «Гідроліз солей» можна продемонструвати і

сформулювати наступну  проблему: « Чому у розчині солі натрій хлориду фенолфталеїн не змінює свого забарвлення, а в розчині солі натрій карбонату він набирає малинового забарвлення? Обидві речовини відносяться до класу солей».

Цікавим буде і таке проблемне питання: «Відомо, що основи реагують з кислотами. Чи можуть основи реагувати між собою? (відомо, що не реагують). Проведемо експеримент: до отриманого цинк гідроксиду додаємо розчин лугу. Спостерігаємо розчинення осаду.  Виникла проблема»

Так крок за кроком можна залучити учнів до самостійного пізнання нового, збудити в них інтерес до нових фактів, цікавих явищ тощо. Інтерес породить пізнавальна потребу, яка приведе до діяльності. Процес пошуку стає джерелом мислення учнів, робить їх активними в процесі здобуття знань. Вони мають можливість висловити свої міркування, свою точку зору, отримати емоційне задоволення від процесу навчання.

Важливим є те, що у процесі проблемного навчання вчитель не повідомляє готові знання, а організовує учнів на їх пошук.  І в цьому  одна з цінностей технології.

Інформація, яку  одержать  учні при вирішенні проблеми, буде значимою для них, бо здобута власною працею. Ця інформація на довше закарбується в пам’яті. І в цьому ще одна з цінностей технології.

Проблема як навчально – пізнавальний метод, зазвичай, використовується у класах, де спостерігається високий рівень знань і навичок учнів. Метод можна застосовувати на різних етапах уроку, він вимагає додаткової підготовки  вчителя, забирає багато урочного часу, особливо на початкових етапах. Проте, цей сократівський метод  є  дуже важливим мотиваційним інструментом навчального процесу, що стимулює критичне мислення, дослідницьку діяльність, дозволяє приймати самостійні рішення, відстоювати власну позицію, утверджуватись у соціумі.