§ 3.1.3. ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ ВЕЩЕСТВА В КУРСЕ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Вопросы строения вещества — одни из наиболее четко выраженных в школьном курсе химии. В течение ряда лет совершенствование содержания шло именно в направлении обогащения его сведениями о строении вещества.
Комплекс сложных проблем, связанных со строением вещества, постоянно находится в центре внимания современной химии, и в настоящее время ни один ее вопрос практически не может быть полноценно изучен вне этих проблем.
Изучение строения вещества ставит перед учителем определенные цели. Образовательные цели заключаются в том, чтобы добиться освоения учащимися понятий об атоме как сложной системе, об электронной сущности и видах химической связи, типах кристаллической решетки.
Проблемы строения вещества имеют важное воспитательное значение. Они помогают сформировать диалектико-мате- риалистические представления о единой материальной природе всех элементов, и, следовательно, веществ. Изучение строения вещества помогает объяснить учащимся внутреннюю противоречивость атомов и молекул, показать, как изучение строения вещества стимулировало развитие науки, например, учение о периодичности.
Изучение строения вещества развивает мышление учащихся. Важное требование развивающего обучения — усиление теоретических вопросов курса как в направлении расширения знаний о закономерностях химических реакций, так и в направлении развития учения о периодичности, т. е. учения о строении вещества.
Однако следует заметить, что формирование понятий о строении вещества в основном происходило в отрыве от энергетических понятий, что не позволяло вскрыть причины образования связей внутри вещества.
В последнее время в основной школе получила развитие тенденция к минимизации содержания предметов естествен- но-научного цикла из-за крайней перегрузки, вредящей здоровью школьников.
Кроме того, в официальных кругах получило распространение утверждение о том, что среди учащихся значительно больше гуманитариев, чем естественников. Поэтому в расширен- ном объеме химию было решено сохранить в средней школе: в X—XI классах, а в условиях 12-летки — в некоторых профилях XI—XII классов.
Структура системы понятий о строении вещества
Поскольку важнейшей задачей школьного курса химии является глубокое освоение учащимися периодического закона, было взято направление на углубление вопросов, связанных с теорией строения вещества.
Идеи строения вещества проходят через весь курс химии, и на их основе развиваются знания учащихся и их мышление. Этому способствует формирование потребности поиска при- чинно-следственных связей между строением вещества и его свойствами. Возникают многочисленные проблемные ситуации, которые являются одним из важнейших факторов развития мышления.
Изучение вопросов строения вещества представляет для учащихся серьезные трудности, которые возникают при необходимости соотносить наблюдаемые свойства вещества с их внутренней структурой. Абстрактный характер представлений о внутреннем строении веществ требует в процессе изучения хорошо развитого воображения. Введение в школьный курс химии квантовомеханических понятий о строении атома, не имеющих аналогов в окружающем учащихся макромире, требует специальных подходов. Особенное внимание здесь необходимо обратить на межпредметные связи с физикой.
Фактически изучение строения вещества начинается с формирования первоначальных понятий об атомах и молекулах. В дальнейшем мы обратимся к этому этапу.
Содержание понятий о строении вещества выражено двумя основными теориями: а) строение атомов; б) химическая связь и строение вещества. Эти две теории тесно связаны друг с другом: понятия о строении атомов являются опорными для изучения химической связи.
При изучении теории строения атомов формируются понятия об атомном ядре и изотопах. Эти новые понятия необходимы,; во-первых, для того, чтобы представить атом как целостную систему, во-вторых, чтобы объяснить причину, по которой атом?
ные массы представлены дробными числами, в-третьих, чтобы разъяснить отдельные отклонения от последовательного возрастания атомных масс элементов в периодической системе. Дальнейшего развития понятия о строении атомного ядра в химии не получают. Однако сведения о радиоактивных превращениях химических элементов даются в курсе физики, поэтому информация о ядре атома обеспечивает межпредметную связь.
Свойства элементов обусловлены состоянием электронов в их атомах. Вот почему данному вопросу в курсе химии уделяется главное внимание. Этот материал очень сложен для понимания учащихся VIII класса, но и очень важен. Изложить его нужно достаточно упрощенно, не нарушая требований научности. Для убедительного объяснения объективно происходящей застройки электронных слоев вводят качественные энергетические представления.
Учащихся знакомят со строением электронных слоев атомов элементов первых четырех периодов, приводя сведения об s- и р-электронах. При объяснении химической связи эти сведения также необходимо использовать, трактуя механизм ее образования как перекрывание электронных облаков.70
При изучении химической связи формируются понятия о ковалентной полярной и неполярной связи, о а- и тг-связях, о ионной связи и поведении ионов в растворах, а также о металлической связи и строении молекул органических веществ. Особое внимание уделяется при этом единой электронной природе любой химической связи, образованной частичным перекрыванием электронных облаков.
На основании знаний учащихся о химической связи легко перейти к электронной сущности валентности как свойству атомов образовывать химическую связь, а также к значению валентности, определяемой числом связей, образованных атомом или числом электронов, участвующих в ее образовании. Степень окисления — понятие необходимое, но формальное. Эти два понятия необходимо четко разграничивать.
Строение атома и вопросы химической связи могут быть поняты достаточно глубоко, лишь будучи увязаны с энергетическими представлениями [31].
В этой системе важна не просто ее структура, но и построение, последовательность введения понятий в школьный курс. Это необходимо во избежание формального усвоения.
При изучении теории электролитической диссоциации понятия о строении вещества снова претерпевают качественные изменения — рассматривается поведение веществ в растворе. Образование ионов связано непосредственно с понятием «кристаллическая решетка», так как речь идет о диссоциации ионных кристаллов, с понятием «молекула» — при рассмотрении ионизации и диссоциации полярных молекул, а также с понятием «атом», так как некоторые ионы представляют собой атомы, несущие заряд. Таким образом, в этой теме давно известные понятия качественно меняются, расширяются.
При изучении строения органических веществ используются уже сформированные понятия о строении атомов и молекул. Однако материал органической химии вносит много нового в эти понятия: расширяются квантовомеханические представления об атомах, вводится понятие о гибридизации орбиталей, рассматриваются идеи химического строения А. М. Бутлерова.
Условия успешного изучения теории строения вещества
Идеи строения вещества лежат в основе изучения веществ и их свойств на каждой ступени обучения.
Строение вещества может быть успешно усвоено ЛИШЬ при і использовании средств наглядности в виде таблиц, моделей, ' экранных пособий и т. п., так как даже при развитом мышлении для понимания ряда вопросов необходимы образные представления. І
Проблемный подход способствует развитию активного мі іш ; ления учащихся. В данном случае он легко реализуется при | установлении связи между строением атома элемента и его свойствами, между видом химической связи и свойствамиД вещества, между типом кристаллической решетки и свойства Я ми вещества. Причинно-следственные связи, которые здесьЛ очень четко прослеживаются, создают условия для создания проблемной ситуации и использования проблемного подхода.
Для усвоения понятий о строении вещества используются также приемы сравнения. Учащимся предлагается указать сходство и различие между ковалентной полярной и ионной, металлической и ионной, металлической и ковалентной связями. Очень действенным является и прием конкретизации — восхождения от абстрактного к конкретному, т. е. применение знаний о химической связи по отношению к какому-либо конкретному веществу, выявление причинной зависимости, а также использование приема обобщения.
Наконец, чтобы знания учащихся о строении вещества стали их убеждениями, полученные знания применяют в последующих темах курса химии. Необходимо пользоваться любыми примерами для подтверждения идей строения вещества, так как они имеют важное мировоззренческое значение.71