Образовательный аспект темы Процесс изучения периодического закона Д. И. Менделеева

1. 
   Образовательный аспект темы
   

• 
  Процесс изучения периодического закона Д. И. Менделеева
  
• 
  Изучение химии по периодической системой
  
• 
  Отношении к периодическому закону
  

2. 
   Воспитательный аспект темы
   
3. 
   Список литературы
   

В процессе изучения периодического закона Д. И. Менделеева особенно четко проявляются три важнейших его аспекта, на которых базируется обучение, — образовательный, воспитывающий и развивающий, находящиеся в единстве.

Периодический закон и периодическая система элементов — это не только один из важнейших законов природы, это и методическая основа изучения химии.

Это, с одной стороны, цель, с другой — средство изучения химии.

На основе периодического закона Д. И. Менделеев создает стройный курс, нашедший свое выражение в учебнике «Основы химии», который он впоследствии называл своим любимым детищем. Эту книгу крупнейшие русские ученые А. М. Бутлеров, Н. Н. Зинин и другие оценивали как курс, подобного которому нет и никогда не было ни в одной стране.

В настоящее время любой систематический курс химии имеет в своей основе периодический закон. В связи с этим особое значение приобретает определение его места в курсе химии. Здесь важно учитывать обе функции периодического закона: цель и средство обучения, которые должны находиться во взаимной связи и в определенном равновесии.

Если рассматривать периодический закон как цель изучения, для достижения большей доказательности и убедительности ему должно предшествовать достаточно большое число фактов. Без учета же второй функции можно впасть в ошибку, характерную для старых программ: периодический закон изучался в конце курса как обобщение, а все элементы и их соединения — до него. После него рассматривалась лишь теория строения атомов как убедительное подтверждение его объективности.

Но и слишком раннее изучение периодического закона, перенесение его в начало курса с целью усиления его функции как средства обучения не даст учащимся ничего, кроме формальных знаний. Они, не имея достаточной базы в виде фактического материала, не могут осознать значение открытия Д. И. Менделеева и осваивают периодический закон догматически, что наносит ущерб воспитательной и развивающей сторонам обучения. Многие учителя считают, тем не менее, что коль скоро таблица Д. И. Менделеева постоянно висит в кабинете перед глазами учащихся, то игнорировать это обстоятельство не имеет смысла. Не раскрывая заключенную в ней закономерность, после введения понятия о химическом элементе учитель сообщает ученикам, что в этой таблице обозначены абсолютно все известные человечеству химические элементы. При этом они пронумерованы по порядку. Об этом сообщается даже в пропедевтическом курсе VTI класса. При этом дети с интересом стараются отыскать в таблице символы уже известных им хмичес- ких элементов и называют их порядковые номера. Некоторые уча- щиеся обращают внимание на названия незнакомых элементов, и учитель может (если считает нужным) разъяснить происхождение этих названий.63 Нельзя согласиться также с неправильно понятым принципом историзма, когда сначала изучали периодический закон и периодическую систему на основе только атомных масс. Затем вводили представления о строении атома и опять переходили к периодической системе на этой основе. Это снижало интерес к предмету, растрачивалось время на дублирование материала.

Еще одна крайняя точка зрения — изучение строения атомов до периодического закона.

Такой подход, совершенно игнорирующий принцип историзма, также приведет к недооценке воспитывающей функции обучения. Ведь успешная разработка теории строения вещества оказалась возможной благодаря тому, что периодическая система элементов Д. И. Менделеева направляла ученых на поиски причин периодичности, стимулировала развитие науки. Величайшим проявлением гениальности Д. И. Менделеева было открытие периодического закона лишь на основе сопоставления атомных масс элементов и химических свойств веществ. Первоначальный вариант своей системы ученый так и назвал: «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве».64 В настоящее время в программе по химии принят наиболее оптимальный вариант: тема расположена приблизительно в середине курса.

В программе по химии приводятся требования к знаниям, относящиеся к образовательной стороне обучения. Приступая к изучению темы, учитель прежде всего актуализирует предшествующие знания учащихся, полученные в VIII классе, так как тема «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева» носит обобщающий характер.

Понятие о химическом элементе. Понятие об атоме химическою элемента, его относительной атомной массе, валентности.

Понятие о простом и сложном веществе.

Понятие о кислороде как химическом элементе и его валентности.

Понятие о водороде как химическом элементе и его валентности.

Обобщение представлений о металлических и неметаллических свойствах.

Понятие об оксидах (основных и кислотных).

Понятие о гидроксидах (основаниях и кислородных кислотах).

Понимание генетической связи между металлами, основными оксидами и основаниями, а также между неметаллами, кислотными оксидами, кислотами.

Все содержание темы «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева» состоит как бы из двух тесно переплетающихся крупных блоков информации, связанных между собой четко выраженными причинно-следственными связями: сведений о периодическом изменении свойств химических элементов и веществ в зависимости от возрастания атомных масс элементов и сведений о строении атомов элементов. Вскрытие причинно-следственных связей между этими блоками, зависимости первого блока от второго — в этом и заключается главная образовательная задача изучения темы.

При построении содержания темы в программе использован историко-логический подход. Сначала показана обнару- Ж6НН&Я Д. И. Менделеевым периодическая зависимость свойств элементов и веществ от атомных масс элементов, а затем выявляется ее причина на основе строения атомов элементов. Такой подход, во-первых, создает условия для организации поисковой деятельности учащихся, активизирует учебный процесс, а во- вторых, способствует усилению воспитательного аспекта, раскрывая значение научного подвига Д. И. Менделеева.

В школьной программе принято такое построение темы. Вначале учащиеся получают недостающие опорные знания, необходимые и достаточные для понимания явления периодичности: обобщение знаний о металлах и неметаллах, понятие об амфотерности и группах сходных элементов на примере галогенов (неметаллы), щелочных металлов и инертных элементов. Следующий этап — анализ периодической повторяемости свойств элементов, расположенных в ряд по возрастанию их атомных масс, и «выведению» периодического закона в менделеевской формулировке. Далее — изучение строения атома и установление связей приобретенных знаний с явлением периодичности. Затем — глубокий синтез полученных на двух предыдущих этапах знаний на материале изучения структуры периодической системы, формирования умений пользоваться ею для прогнозирования свойств элементов и их соединений. Завершается тема обобщением мировоззренческого характера изучением творческой деятельности Д. И. Мен-делеева. Последний этап имеет, воспитательное значение и способствует формированию целостной естественнонаучной картины мира.

Однако предложенный подход к изучению содержания темы не является единственным. Имеются и другие варианты, позволяющие усилить историческую сторону изучения темы.

В отношении к периодическому закону это означает накопление фактов о свойствах отдельных элементов, выявление сходства свойств между ними и объединение их в группы, а затем при сопоставлении естественных групп и обнаружении связи между ними выведение широкого обобщения, имеющего всеобщий характер. Именно так и шел Д.И.Менделеев к открытию периодического закона. Вначале он выделил шесть групп среди известных элементов: _ Са = 40

Na = 23 К = 39 F = 19 С1 = 35,5

О = 16 S = 32 N - 14 P - 31

G = 12 Si = 28

Sr = 87,6 Ва = 137

Rb = 85,4 Cs = 133

Br = 80 I = 127

Se = 79,4 Те = 128

As = 75 Sb = 122

Sn = 118 Очень краткая характеристика естественных групп щелочных металлов, галогенов и инертных элементов включена для обеспечения этапа «особенности».

Некоторые методисты считают, что этих сведений недостаточно, что в краткую характеристику должны быть включены и другие группы элементов. Тогда легче осуществить проблемный подход к изучению периодического закона.

После расположения элементов в ряд по возрастанию относительных атомных масс их нумеруют по порядку и раскрывают физический смысл порядкового номера. Затем в результате решения проблемы о причинах нарушений закономерности нарастания относительных атомных масс рассматриваются изотопы. И только после этого переходят к структуре периодической системы как графического выражения периодического закона. Такое расположение материала методологически обосновано. После этого все закономерности, отраженные в периодической системе, изучаются только на основе теории строения атомов. Однако нужно следить, чтобы это не сводилось только к рассмотрению внутриатомных структур. Необходимо обращать \ внимание и на свойства простых веществ и соединений элементов, четко разграничивать понятия «химический элемент» и «простое вещество». Используя периодическую систему, учащиеся должны научиться сравнивать свойства элементов и простых веществ, составлять формулы высших оксидов и гидро- ксидов и прогнозировать их свойства, составлять формулы ле- тучих водородных соединений и даже записывать на основании периодической системы уравнения гипотетических реакций.

Для формирования достаточно прочных умений учащиеся выполняют упражнения в процессе самостоятельной работы, в том числе с программированными пособиями.

Для более прочного и глубокого усвоения периодического закона решаются разнообразные познавательные задачи, и главным образом прогнозирующего характера. После изучения темы каждый вопрос школьного курса увязывают с периодическим законом, чтобы выработать настоятельную потребность использовать учение о периодичности как средство познания, показывают развитие периодического закона, его новые грани, расширение границ периодической системы в связи с поступательным движением науки.

Воспитательный аспект темы

Изучая химию, учащиеся должны понимать значение периодического закона и периодической системы элементов Д. И. Менделеева для развития науки и производства; понимать идею материального единства химических элементов и веществ, переход количественных изменений в качественные, внутреннюю противоречивость в строении атомов элементов, значение этих противоречий для химических превращений веществ. Эти требования определяются необходимостью формирования диалектико-материалистичес- кого мировоззрения учащихся при изучении периодического закона Д. И. Менделеева, который представляет для этого богатый материал. На основе изучения творческой деятельности Д. И. Менделеева у учащихся должны формироваться уважение к труду ученого, чувство патриотизма и национальной гордости.

Необходимо особо остановиться на приоритете Д. И. Менделеева и обрисовать обстановку, в которой произошло открытие, его личность как великого ученого.

«Одной из наиболее существенных особенностей научного творчества Менделеева было неиссякаемое стремление его мысли к отысканию зависимостей между самыми различными свойствами исследуемых веществ».

Для реализации воспитывающей функции темы учителю полезно использовать литературу по философии и воспоминания о Д. И. Менделееве современников.66 Можно привести высказывание К. Я. Парменова, в котором обрисована обстановка тех лет: «Современников Менделеева поразил не столько факт открытия периодического закона, сколько революционный метод научного мышления его автора. В век всеобщего преклонения перед индукцией, покорности фактам, пренебрежительного отношения к теории, к «умственным спекуляциям» Менделеев пошел наперекор многим имеющимся фактам».67

Учащимся будет интересно узнать, как сам Д. И. Менделеев оценивал особенности системы: «В сопоставлении несходных элементов заключается также, как мне кажется, важнейший признак, которым моя система отличается от систем моих предшественников».68 Особенно следует подчеркнуть, что периодический закон — это объективный закон природы, а построение периодической системы явилось методом исследования, с помощью которого он был открыт. Таким образом, главное — это сам закон, а периодическая система — лишь графическое его выражение. Это методологически правильно. Если вначале Д. И. Менделеев называл свою работу «Опыт системы элементов...», то затем, осознав, что сделал открытие нового закона природы, в «Основах химии» стал именовать его «Периодической законностью». Необходимо рассказать учащимся о твердой уверенности Д. И. Менделеева в том, что «должно ожидать открытия еще многих неизвестных простых тел, например, сходных с А1 и Si элементов...».69

Изучение наследия Д. И. Менделеева можно продолжить на внеклассных занятиях.

Реализация развивающей функции обучения при изучении периодического закона

Само содержание темы, его дидактическое решение способствуют развитию важнейших химических понятий в сознании учащихся. Однако методически тема должна быть подана так, чтобы мыслительная активность учащихся не ослабевала при ее изучении. Для этого, кроме уже отмечавшегося исторического подхода и эмоционального воздействия, важно как можно шире использовать проблемный подход, применяя систему проблемных ситуаций.

Методы и средства изучения темы

При изучении периодического закона используется проблемный подход. Для обеспечения развивающей функции обучения нужно следить за тем, чтобы этот подход доминировал на всех этапах изучения темы.

Учебные проблемы легко обнаруживаются при установлении причинно-следственных связей. И если учитель неукоснительно придерживается при изучении темы раскрытия этих связей, проблемное обучение приобретает системный характер.

На первом этапе средствами проблемного обучения раскрывается относительность деления элементов на металлы и неметаллы через доказательство амфотерных свойств соединений некоторых элементов. При получении учащимися гидроксида цинка и исследовании его свойств учитель создает проблемную ситуацию: почему возможна амфотерность. Констатируя сходство свойств элементов внутри естественных групп, учитель раскрывает необходимость объяснения причин этого факта.

На втором этапе обнаружение явления периодической повторяемости свойств элементов, изменения их от металлов к неметаллам и инертным элементам также требует объяснения причин и ставит учащихся в условия проблемной ситуации. Подчиненный характер носит проблема анализа причин нарушения последовательности возрастания атомных масс в случае аргон — калий.

На третьем этапе при изучении структуры периодической системы проблемные ситуации возникают при анализе причин возникновения подгрупп внутри группы. Учащиеся объясняют, почему в периодической системе восемь групп, почему в таблице малые и большие периоды, почему в больших периодах неодинаковое число элементов, почему первый период состоит только из двух элементов и не будет ли он в дальнейшем пополняться и т. д. Эти проблемы не решаются в рамках одного урока, а рассматриваются при изучении темы в целом. Поэтому проблемное обучение способствует формированию целостных, системных знаний о периодическом законе.

На четвертом этапе учащиеся с помощью учителя раскрывают возможности и перспективы развития учения о периодичности.

Некоторые проблемы нельзя решить в рамках школьной программы. И тогда это обстоятельство становится стимулом для организации химического кружка или другого вида внеклассной работы по химии.

Проблемное обучение сочетается с самостоятельной поисковой работой самих учащихся. Например, им предлагают, сравнив электронные структуры атомов элементов в периоде, найти зависимость свойств элементов от электронных структур, сделать соответствующие выводы и т. д.

Наряду с проблемным обучением, постоянно используется в процессе изучения периодического закона работа с карточками, на которых учащиеся записывают известные им сведения о каждом элементе. Работа с карточками не ограничивается только этапом выведения периодического закона. Учащиеся пользуются ими постоянно в ходе изучения темы на разных дидактических этапах. На карточке отмечают химический знак элемента, характер его свойств, высшую валентность в оксидах, формулы оксидов, валентность в летучих водородных соединениях и гидридах, схемы строения атомов, степень окисления элементов и т. д. Карточки позволяют эффективно организовать самостоятельную работу. Они используются как справочные материалы, способствуют выработке умений пользоваться периодической системой.

В теме мало используется химический эксперимент, так как она носит характер теоретического обобщения. Большую помощь учителю оказывают экранные пособия, например, кинофильм «Периодический закон Д. И. Менделеева» и диафильм с одноименным названием. Последний содержит много дополнительных исторических сведений; его полезнее показывать на факультативных или внеурочных занятиях, а также в X классе при итоговом обобщении. Кинофильм «Жизнь и научная деятельность Д. И. Менделеева» можно использовать при изучении биографии замечательного ученого, так же как и диафильм «Д. И. Менделеев», а серию черно-белых диапозитивов «Периодическое изменение свойств элементов и их соединений» — при последовательном рассмотрении темы. Эти диапозитивы способствуют установлению межпредметных связей с математикой, наглядно представляют явление периодичности.

2. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§§35, 36)