Межпредметные связи в курсе школьного предмета химии на предмете углерода и его соединений

Введение

Свою дипломную работу хочу начать со слов ученого-земляка М.В. Ломоносова, которые являются эпиграфом данной работы:

“Вольность и союз наук необходимо требуют взаимного сообщения и беззавистного позволения в том, что кто знает упражняться. Слеп физик без математики, сухорук без химии”.

Перед собой поставила следующие цели:

1. Проследить и изучить межпредметные связи в школьном курсе химии.

2. Подготовить тематическое планирование с взаимными связями в курсе химии-9 с географией, биологией.

3. Ознакомиться с методами и путями реализации межпредметных связей.

4. Опробовать межпредметные связи в различных формах (типы: урок, семинар, викторина, конференция) на педагогической практике 4-5 курса и провести анализ работы.

5. Изучить историю открытия углекислого газа, его химические, физические свойства.

6. Провести эксперимент по определению молярной массы углекислого газа используя для его получения несколько методик. Дать ответ в виде столбиковых диаграмм об относительной ошибке определения. Выявить наиболее доступный способ его получения в условиях лаборатории университета относительно наличия химических реактивов, условий протекания химической реакции, наличия химической посуды.

7. Изучить одну из глобальных проблем человечества – “парниковый эффект” или “эффект гринхауз” (зеленый дом) и роль углекислого газа в его создании.

8. Изучить процесс поглощения водами Мирового океана атмосферного углекислого газа и образование карбонатных отложений.

9. Изучить реакцию наземных и морских экосистем к возникновению и развитию парникового эффекта.

10. Изучить возможные пути разрешения данной экологической проблемы.

11. Проследить при этом взаимосвязь химических процессов и географии.

Глава 1. Межпредметные связи в курсе школьного предмета химии на примере углерода и его соединений

Что же представляют из себя межпредметные связи?

Межпредметные связи – это современный принцип обучения в средней школе. Он обеспечивает взаимосвязь предметов естественнонаучного и естественно-гуманитарного циклов и их связь с трудовым обучением школьников.

По определению Д.П. Ерыгина: “Межпредметные связи можно рассматривать как дидактическую систему, которая отражает в школьных курсах объективно существующие взаимосвязи, обеспечивает посредством согласованного взаимодействия ее учебных компонентов осуществления целенаправленного процесса обучения школьников”.

Использование межпредметных связей – одна из наиболее сложных методических задач учителя химии. Она требует знания содержания программ и учебников по другим предметам. Реализация межпредметных связей в практике обучения предполагает сотрудничество учителя химии с учителями других предметов.

Учитель химии разрабатывает индивидуальный план реализации межпредметных связей в курсе химии. Методика творческой работы учителя в этом плане проходит следующие этапы:

1. Изучение программы по химии, ее раздела “Межпредметные связи”, программ и учебников по другим предметам, дополнительной научной, научно-популярной и методической литературы;

2. Поурочное планирование межпредметных связей с использованием курсовых и тематических планов;

3. Разработка средств и приемов реализации межпредметных связей на конкретных уроках (формулировка межпредметных познавательных задач, домашних заданий, подбор дополнительной литературы для учащихся, подготовка необходимых учебников и наглядных пособий по другим предметам, разработка методических приемов их использования);

4. Разработка методики подготовки и проведения комплексных форм организации обучения (обобщающих уроков с межпредметными связями, комплексных семинаров, экскурсий, занятий кружка, факультатива по межпредметным темам и т.д.);

5. Разработка приемов контроля и оценки результатов осуществления межпредметных связей в обучении (вопросы и задания на выявление умений учащихся устанавливать межпредметные связи).

Планирование межпредметных связей позволяет учителю успешно реализовать их методологические, образовательные, развивающие, воспитательные и конструктивные функции; предусмотреть всё разнообразие их видов на уроках, в домашней и внеклассной работе учащихся.

Для установления межпредметных связей необходимо осуществить отбор материалов, то есть определить те темы химии, которые тесно переплетаются с темами из курсов других предметов.

Курсовое планирование предполагает краткий анализ содержания каждой учебной темы курса с учетом внутрипредметных и межпредметных связей.

1.1 Использование межпредметных связей для формирования у учащихся основ диалектико-материалистического мировоззрения

Использование опорных знаний других предметов при изучении отдельных тем курса химии – важнейшее средство формирования у учащихся диалектико-материалистического мировоззрения, целостного представления о явлениях природы и взаимосвязи между ними.

Решение этой задачи успешно осуществляется при совместной согласованной работе учителей различных дисциплин: природоведения, химии, физики, географии, биологии, математики, обществоведения, истории и др. Рассмотрим те межпредметные связи курса химии, которые касаются формирования основ научно-материалистического мировоззрения учащихся. Рассмотрим это на отдельных примерах.

Изучению курса химии в 8 классе предшествуют курсы природоведения и ботаники, в которых учащиеся получают первоначальные представления о живой и неживой природе. Эти знания мы считаем опорными при рассмотрении различных разделов темы: “Первоначальные химические понятия”. Так, в курсе природоведения учащиеся изучали вещества: кислород, углекислый газ, воду и смеси веществ, песок, глину, получили некоторые сведения об использовании угля, руды, нефти, способах разделения смесей. Для углубления и расширения этих знаний предлагаем восьмиклассникам вопросы:

1. Какие вещества, изученные вами в предыдущих классах, относятся к чистым веществам, а какие к смесям?

2. Почему не имеют смысла выражения “молекула воздуха”, “молекула гранита”, “молекула нефти”?

3. Как отделить речной песок от опилок?

4. Почему нельзя фильтрованием выделить из раствора поваренную соль?

Обсуждение этих вопросов позволяет приступить к формированию понятий “тело”, “вещество” (как один из основных видов материи). Предлагаем учащимся самостоятельно, используя знания из курса физики, природоведения, географии привести примеры тел и веществ, обращаем внимание на их разнообразие, сходство и различие по свойствам. Подчеркиваем, что свойства веществ проявляются в конкретных условиях при том или ином воздействии на вещество и при взаимодействии его с другими веществами. Отмечаем, что отдельные свойства веществ при изменении условий при физических условиях могут меняться, но качества вещества будут оставаться прежними. Подчеркиваем, что под качеством понимается природа вещества, его индивидуальность. Внешне качество вещества проявляется в его свойствах. Обращаем внимание на то, что всякое изменение, превращение (химическая реакция) есть особый вид движения материи – химической формы движения. Вещества, отличающиеся по составу молекул, по разному ведут себя при химических реакциях.

При изучении простых и сложных веществ предлагаем ученикам вспомнить, с какими из них они ранее познакомились в курсе природоведения, каких веществ в природе больше – простых или сложных. Обращаем их внимание на разнообразие простых и сложных веществ.

Сообщая учащимся, что химические элементы делятся на две группы: металлы и неметаллы, мы отличаем наличие в них противоположных свойств и в то же время отсутствие резких границ между ними. Так формируется понятие о взаимосвязях веществ.

При рассмотрении понятия о валентности как свойстве атомов химических элементов, повторяем постоянство состава веществ и формируем понятие “количество”. Разъясняем, что количественные данные характеризуют отношения масс между элементами в сложном веществе в соотношении с их валентностью, относительной атомной и молекулярной массой, числом атомов в молекуле (для веществ с молекулярным строением), а также физические величины: плотность, температура кипения, замерзания и т.д. Через количественные соотношения входящих в состав данного вещества элементов выражается постоянство состава чистых веществ.

При изучении первоначальных химических понятий представляется возможность развить полученные в курсе природоведения 5 класса знания о веществе, в курсе физики 7 класса – физических и химических явлениях. Подчеркиваем реальность (объективное существование) атомов и молекул, существование веществ независимо от нашего сознания, объективность свойств веществ.

Рассматривая закон сохранения массы веществ, знакомим учеников с количественной стороной химических процессов. В ходе этой работы обсуждаем вопросы:

1) Будет ли масса сульфида железа (II) равна массе железа и серы, вступивших в реакцию?

2) Каковы массы кислорода и водорода, полученные при разложении воды? Сравните массы веществ до и после реакции.

3) Как можно объяснить сохранение массы веществ в свете атомно-молекулярного учения?

4) Объясните, почему масса угля и золы, образовавшихся при горении дров, меньше массы сгоревших дров?

5) Какое значение имеет закон сохранения массы веществ для практического получения веществ?

После обсуждения этих вопросов делаем вывод о неуничтожимости и несотворимости веществ (вечности материи).

Обращаем внимание на характеристику количественной и качественной сторон химической реакции. Указываем, что общее для всех типов химических реакций (разложение, замещение, соединение) – превращение веществ: возникновение из исходных новых веществ с новыми качествами, что и означает химическое движение. При это подчеркивается, что масса веществ, которые вступили в химическую реакцию, всегда равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Из закона сохранения массы веществ следует, что вещества не могут возникать из ничего или превращаться в ничто.

Изучая тему “Кислород. Оксиды. Горение.” даем определения понятий “свойство” и “качество”, используя при этом знания о свойствах кислорода, полученные в курсе природоведения.

После изучения темы “Вода. Растворы. Основания.” предлагаем учащимся выполнить самостоятельные практические работы. При этом используем вещества, которые изучались в курсе природоведения (“Воздух”, “Вода” и др.), в курсе ботаники (“Дыхание семян”, “Дыхание листьев”), а также в курсе физики. Даем задание осуществить превращения:

C SYMBOL 174 f "Symbol" CO2 SYMBOL 174 f "Symbol" H2CO3 SYMBOL 174 f "Symbol" Na2CO3

Практические работы такого характера раскрывают взаимосвязь между различными классами химических соединений, развивают идею о познаваемости мира.

Исходя из превращений, осуществляемых при переходе от одних веществ к другим, даем определение понятия “развитие” (переход от одного качественного состояния к другому).

Большое научное и мировоззренческое значение имеют темы: “Периодический закон и периодическая система химических элементов          Д.И. Менделеева”, “Строение атома”. Показываем, что все химические элементы имеют общую материальную основу: “общность элементов проявляется и том, что все они являются членами упорядоченной совокупности периодической системы элементов”.

На следующих уроках развиваются знания о строении атомов, полученные в курсе физики 7 класса. При этом изучение проводится так, чтобы оно способствовало формированию диалектико-материалистического мировоззрения. В ходе урока ученики убеждаются во внутреннем противоречии в структуре атома (атом как единство и борьба противоположностей): в его состав входит положительно заряженное ядро и отрицательно заряженные электроны. Единство этих противоположностей есть условие существования атомов как электронейтральных частиц.

Автор учебника химия-8 (“Просвещение”, 1995г.) Леонид Степанович Гузей считает, что в настоящее время ПСХЭ следует рассматривать как справочное пособие к строению атома и периодического закона Д.И. Менделеева рассматривать соответственно этой концепции.

Не менее важно и то, что межпредметные связи позволяют более целесообразно планировать изучение материала, экономить время, при этом знания по другим предметам конкретизируются, углубляются, обобщаются.

1.2 Пути и методы реализации межпредметных связей

Вопрос о путях и методах реализации межпредметных связей – это один из аспектов общей проблемы совершенствования методов обучения. Отбор методов обучения учитель производит на основе содержания учебного материала и на подготовленности учащихся к изучению химии на уровне межпредметных связей.

На первых этапах обучения учащихся приемам установления межпредметных связей преобладает объяснительно-иллюстративный метод. Учитель весь материал межпредметного содержания объясняет сам. Когда у учащихся сформируются умения работы с материалом межпредметного содержания, можно применять репродуктивный и частично-поисковый методы и творческие межпредметные задачи.

Средства реализации межпредметных связей могут быть различны:

SYMBOL 183 f "Symbol" s 14 h вопросы межпредметного содержания: направляющие деятельность школьников на воспроизведение ранее изученных в других учебных курсах и темах знаний и их применение при усвоении нового материала.

SYMBOL 183 f "Symbol" s 14 h межпредметные задачи, которые требуют подключения знаний из различных предметов или составлены на материале одного предмета, но используемые с определенной познавательной целью в преподавании одного другого предмета. Они способствуют более глубокому и осмысленному усвоению программного материла, совершенствованию умений выявить причинно-следственные связи между явлениями.

SYMBOL 183 f "Symbol" s 14 h домашнее задание межпредметного характера – постановка вопросов на размышление, подготовка сообщений, рефератов, изготовление наглядных пособий, составление таблиц, схем, кроссвордов, требующих знаний межпредметного характера.

SYMBOL 183 f "Symbol" s 14 h межпредметные наглядные пособия – обобщающие таблицы, схемы, диаграммы, плакаты, диаграммы модели, кодопозитивы. Они позволяют учащимся наглядно увидеть совокупность знаний из разных предметов, раскрывающую вопросы межпредметного содержания.

SYMBOL 183 f "Symbol" s 14 h химический эксперимент – если предметом его являются биологические объекты и химические явления, происходящие в них.

Использование межпредметных связей вызвало появление новых форм организации учебного процесса: урок с межпредметными связями, комплексный семинар, комплексная экскурсия, межпредметная экскурсия и др.

Уроки с межпредметным содержанием могут быть следующих видов: урок-лекция; урок-семинар; урок-конференция; урок-ролевая игра; урок-консультация и др.

SYMBOL 183 f "Symbol" s 14 h уроки межпредметного обобщения или тематические задания – проблема педагогики и методики как соединить знания с практической полезной деятельностью. Научить применять знания.

Суть тематического планирования заключается в следующем: группам учащихся дается задание разработать рекомендации по использованию удобрений, веществ, реакций относительно данной местности. Эти задания имеют МПС и готовятся совместно с учителями биологии, географии, черчения, рисования – это бинарные уроки.

Ход проведения: группа из 4-6 человек выбирает руководителя проекта, специалистов (биолог, агроном, чертежников, художник-оформитель), определяет задания каждому ученику. Группы собираются и отчитываются о работе.

Каждой группе дается своеобразное домашнее задание, которое будет завершено защитой своих работ. Вначале такого урока – краткая беседа учителя, в ходе которой ставится цель, представляются учащиеся, определяется порядок защиты. Затем идут выступление групп – в виде краткого отчета о проделанной работе (демонстрация рисунков, таблиц). Далее идет обсуждение выступлений; учитель продумывает со своими коллегами трудовое задание. Обязательно прослеживается связь с окружающей средой.

По этим урокам можно сделать вывод:

1. Все уроки связаны педагогической логикой.

2. Строго выполняется учителем тема по программе.

3. Включено обязательно решение задач.

4. Главное достоинство – ученики учатся учиться по указанию учителя.

5. Но самое главное – все задания выполняются самостоятельно.

Конкретные примеры – в приложении 1 дипломной работы.

1.3 Межпредметные связи в процессе изучения химии в 9 классе

Отражение межпредметных связей и определение содержания в программах : а) для обычных классов без специализации – программа курса химии для 8-11 классов средней общеобразовательной школы – разработана в лаборатории химического образования Института общеобразовательной школы РАО – Москва “Просвещение” 1993 год, тема “Подгруппа углерода” – 7 часов.  б) программа курса неорганической химии для 8-9 классов химико-биологического профиля (авторы: Н.Е. Кузнецова, Г.П. Никифорова,       И.М. Титова, А.Ю. Жегин) на тему “Неметаллические соединения и их важнейшие химические соединения” отводится 50 часов, на тему “Углерод и его соединения” – 16 часов, является своевременным и важным положением в системе обучения учащихся, поскольку методически обоснованное осуществление межпредметных связей в процессе изучения школьных дисциплин способствует повышению качества знаний учащихся, развитию их мыслительной деятельности.

Реализация межпредметных связей при изучении химии является одной из форм логического повторения, углубления и совершенствования приобретенных знаний.

Поскольку межпредметные связи обеспечивают привлечение учащимися на уроках знаний из области других предметов, важно с учетом требований программ выделить наиболее общие, устойчивые и долговременно действующие межпредметные понятия. Примером таких понятий могут быть понятия о составе, строении, химических свойствах и биологических функциях веществ. При отборе и использовании межпредметной информации важно не нарушить логику построения учебных предметов и не допускать перегрузки их содержания.

Способы привлечения знаний из других предметов различны. Можно предложить учащимся при подготовке к занятиям восстановить в памяти ранее изученные вопросы. В отдельных случаях учитель при изложении нового материала сам напоминает сведения, полученные при изучении других предметов, включая при этом учащихся в активную беседу. Опыт учителей-методистов показывает, что установление взаимосвязей между предметами успешно проходит при включении в содержание урока (или в задание на дом) примеров и задач межпредметного характера.

Для того, чтобы успешно реализовать межпредметные связи в учебной деятельности, учитель химии должен прежде всего овладеть содержанием соответствующих дисциплин.

Конкретизация использования межпредметных связей в процессе обучения достигается с помощью поурочного планирования. Последнее осуществляется с учетом вида урока с межпредметными связями:

·     фрагментальный, когда лишь фрагменты, отдельный этап урока, требует реализации связей с другими предметами;

·     узловой, когда опора на знания из других предметов составляет необходимое условие усвоения всего нового материала или его обобщения в конце учебной темы;

·     синтезированный, который требует синтеза знаний из разных предметов  на протяжении всего урока и специально проводится для обобщения материала ряда учебных тем или всего курса.

Поурочный план – разработка показывает, когда, на каком этапе урока и как, какими способами, включаются знания из других курсов в изучении нового или закрепления учебного материала. Особенно необходима тщательная разработка обобщающего урока с межпредметными связями. Выделение таких уроков производится на основе тематического планирования. Поурочное планирование может быть выполнено в виде плана конспекта или в виде таблицы

Составляя поурочные планы, учителю важно знать, что учащиеся уже усвоили из необходимых опорных знаний на уроках по другим предметам, согласовать с учителями смежных предметов постановку вопросов и заданий, чтобы избежать дублирования и достигнуть развития общих идей и понятий, их углубления и обогащения. Этому помогает взаимопосещение уроков и изучение составляемых коллегами планов реализации межпредметных связей.

Таким образом, планирование составляет необходимое и существенное условие подготовки учителя к эффективному осуществлению межпредметных связей и является одним из средств их реализации в практике обучения школьников.

Предлагаю тематическое планирование по теме “Подгруппа углерода” в курсе химии 9 класса в приложении 2.

1.4 О связи обучения химии и географии

Помимо межпредметных связей между химией, биологией, учителя используют и сведения из географии. В 8 классе во время объяснения состава воздуха и его применения можно использовать знания учащихся об атмосфере, полученные ими на уроках географии. Восьмиклассники могут дать правильные ответы на вопросы: какое значение имеет атмосфера для живых организмов? Назовите атмосферные слои, расскажите о составе воздуха. Затем учитель сам дополняет рассказ о составе воздуха и его применении.

Проблема парникового эффекта

При изучении свойств воды задаем учащимся следующие вопросы:

1. На какие группы подразделяются материковые воды? Отмечаем, что образование горячих источников связано с остыванием вулканов, в процессе которого из их сопел начинают бить гейзеры. Подчеркиваем, что возникновение гейзеров не связано с какими-то божественными силами. Учащиеся узнают о значении воды в жизни человека, ее химическом составе и получении чистой воды.

2. Расскажите об очистке природной воды.

3. Какое значение имеет очистка питьевой воды?

4. Где используют воду?

В 9 классе при изучении минеральных удобрений используем знания учащихся по экономической географии. Ученики рассказывают о значении минеральных удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, о роли химии в развитии животноводства. После этого дополняем более подробными сведениями материал о свойствах минеральных удобрений и их разновидностях. Выделяется удобрение мочевина CO(NH₂)₂ и его роль в питании животных.

Во время изучения основных видов горючего 10 класс 5 тема “Природные углеводороды” предлагаем учащимся следующие вопросы:

1. Назовите крупнейшие месторождения каменного угля.

2. Расскажите о месторождениях нефти.

3. Где находятся крупные месторождения природного газа?

Ученики показывают на географической карте где находятся эти месторождения.

При знакомстве в 10 классе  с каучуком учащиеся вспоминают страны – основные производители натурального каучука: Бразилию, Индонезию.

В декаду естественных наук можно организовать турнир знатоков, в который можно включить вопросы по химии и географии – в приложении 4.

1.5 Межпредметные связи неорганической, органической химий и физики.

                                                                 “Химик без знания физики подобен

                                                                 человеку, который всего должен искать

                                                                 ощупом. И сии две науки так соединены

                                                                 между собой, что одна без другой в

                                                                 совершенстве быть не могут”

М.В. Ломоносов.

Эти слова подтверждаются делом учителями-методистами, когда первые химические понятия строятся на тех знаниях учеников, которые они получают на уроках физики.

8 класс. При изучении темы “Первоначальные химические понятия” можно использовать знания учащихся важных понятий, сформированных в курсе физики 7 класса. К ним относятся: тело, вещество, атом, молекула, физические и химические явления, внутренняя энергия, температура. Из курса физики учащимся известны также общие сведения о строении твердых тел, жидкостей и газов, положения молекулярно кинетической теории.

Необходимо учитывать, что большинство физических понятий находятся в процессе формирования, а поэтому на данном этапе обучения учащихся эти понятия сформированы еще недостаточно строго. Это относится и к таким изначальным понятиям, как тело и вещество. Под физическим телом учащиеся понимают каждое из окружающих тел, а под веществом – один из видов материи.

Достаточно полное представление получили учащиеся в 7 классе на уроках физики о молекулах. Они узнали, что молекулы – мельчайшие частицы вещества, кроме того им известно, что молекулы одного вещества одинаковы, что они находятся в непрерывном движении. На  уроках химии это понятие углубляется, расширяется.

На уроках физики учащиеся знакомятся с понятием массы вещества, которое вводится в процессе анализа опыта по взаимодействию тележек. Этот опыт исключает в дальнейшем путаницу в понятиях вес тел, их масса.

В 7 классе начинается формирование первых представлений об энергии. Учащиеся узнают, что энергию, определяемую взаимным расположением тел, называют потенциальной,  а энергию движущихся тел – кинетической. Каждое тело, состоящее из большого числа частиц (атомов и молекул) обладает внутренней энергией, характеризующейся суммой кинетической и потенциальной энергий всех частиц.

Углубленное  изучение энергетики химических реакций осуществляется по учебнику Ахметова “Химия, 8-9”.

Энергетика химических реакций.

Знание закономерностей химических реакций позволяет прогнозировать их протекание. Можно получать вещества с требуемыми свойствами.

Для изучения данной темы необходимо повторить с учащимися материал из курса физики, касающийся закона сохранения и превращения энергии.

При химическом превращении, т.е. в период протекания химической реакции происходит перестройка электронных структур атомов, ионов, молекул. Поэтому химическая реакция всегда сопровождается энергетическими изменениями.

Тепловые эффекты реакций можно определить и экспериментально, и с помощью термохимических расчетов.

В основе данных расчетов лежит закон, сформулированный Г.И. Гессом. Даем формулировку данного закона и приводим пример, давая пояснения: “Тепловой эффект реакции зависит от вида и состояния исходных веществ и конечных продуктов и не зависит от пути процесса”. В качестве примера возьмем реакцию полного сгорания угля:

C_(k) + O_2(r) ® CO_2(r);   DH₁ = -393,5 кДж

Предлагаем учащимся допустить, что данный химический процесс протекает в две стадии.

I стадия – при горении угля образуется оксид углерода (II) CO:

C_(k) + 1/2 O_2(r) ® CO_(r);    DH₂ = -110,5 кДж

II стадия – при сгорании CO образуется оксид углерода (IV) CO₂:

CO_2(r) + 1/2 O_2(r) ® CO_2(r);   DH₃ = -283,0 кДж

Суммируем эти две стадии:

C_(k)    + 1/2 O_2(r)  ® CO_(r);    DH₂ = -110,5 кДж

CO_2(r) + 1/2 O_2(r) ® CO_2(r);   DH₃ = -283,0 кДж

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

C_(k) + O_2(r) ® CO_2(r)

DH₂ + DH₃ ® -110,5 кДж + (-283,0 кДж) = -393,5 кДж

Исходя из закона Гесса тепловые эффекты образования CO₂ и из простых веществ и через промежуточную стадию образования и сгорания CO равны:

DH₁ = DH₂ + DH₃ = -393,5 кДж

Если бы тепловые эффекты не были бы равны, то нарушался бы закон сохранения энергии. В качестве подтверждения наших рассуждений приводим диаграмму на рис. 4.

E

          C_(k) + O_2(r)

                DH₂ = -110,5 кДж

                CO_(r) + 1/2 O_2(r)

    DH₁ = -393,5 кДж  DH₃ = -283,0 кДж

        CO_2(r)

Из диаграммы видны различия в энергии исходных, промежуточных и конечных продуктов. На диаграмме они отвечают тепловым эффектам соответствующих реакций. Делаем вывод, что DH₁ = DH₂ + DH₃.

При изучении темы “Кислород. Оксиды. Горение.” можно использо­вать понятие плотности веществ, с которыми учащиеся познакомились в 7 классе на уроках физики, а также количество теплоты и теплоты сгорания топлива, изученные уже в 8 классе.

Под плотностью вещества r учащиеся понимают величину, равную соотношению массы тела к его объему

r = m/V, где m – масса вещества, V – объем тела.

По международной системе единиц, масса измеряется в килограммах, а объем – в кубических метрах. Следовательно, плотность имеет обозначение кг/м³.

Изучая тему “Водород. Кислоты. Соли.” можно использовать знания учащихся о подъемной силе газов. Подъемной силой газов (разумеется легче воздуха) называется разность между весом воздуха, объемом 1м³ и весом газа того же объема. Например, воздух объемом 1м³ весит 13H, а вес водорода, объемом  1м³ составляет 0,3H (при н.у.), 1H = 1кг·10м/с². Следовательно, подъемная сила водорода будет равна 12,1H. Обладая такой подъемной силой, водород объемом 1м³ способен поднять тело массой равной:

12,1 кг·м/с² : 10 м/с = 1,21 кг.

Межпредметные связи химии и физики могут быть реализованы не только в процессе формирования теоретических, химических понятий, но и при проведении практических работ. Так, при изучении темы “Вода. Основания. Растворы.” учащиеся выполняют практическую работу по приготовлению раствора соли с заданной массовой долей. Для проведения данной работы необходимо взвесить соль. С правилами же взвешивания на рычажных весах учащиеся познакомились на уроках физики в 7 кл.

В качестве примера: 8 кл. “Практическая работа № 4” – приложение 6.

При изучении темы “Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева” можно опереться на знания учащихся о строении атомов, полученные ими на уроках физики в начале 8 класса. На основе изучения схемы опыта Резерфорда учащиеся узнали, что атомы состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов, что ядро массивно и заряжено положительно. По величине этот положительный заряд равен суммарному отрицательному заряду всех электронов, движущихся вокруг ядра. Поэтому атом в целом электронейтрален. На практике мне удалось опробовать данную тему. Надо отметить, что тема сложна, т.к. требует большого пространственного воображения. Для того, чтобы у детей осталось в памяти строение атома, предлагала им следующую схему:

Атом⁰

                                       ядра        я⁺                   электронов e^-

                                       m = 1                                  m нет

                                     протонов  p⁺                   нейтронов n⁰

В процессе дальнейшего развития представлений о строении атома учащиеся узнают, что основной его характеристикой является заряд ядра, что ядро состоит из протонов и нейтронов и число электронов в атоме равно числу протонов. Все эти знания можно использовать при объяснении физической сущности основных характеристик периодического закона Д.И. Менделеева.

При изучении темы “Химическая связь” могут быть использованы знания учащихся об ионах и их зарядах, о взаимодействии заряженных частиц (тел), электрическом поле.

В курсе физики 7 кл. – начала 8 кл. учащиеся узнают о том, что в результате отрыва электронов от атомов или, наоборот, присоединения электронов к атому образуются ионы. Физики ионом называют заряженный атом, у которого число электронов не соответствует числу протонов. Поэтому на уроках химии учащиеся первое время могут называть ионы заряженными атомами.

При изучении темы “Основные закономерности протекания химических реакций” можно использовать знания учащихся о скорости и равновесии, полученные ими в курсе физики 7 и 8 классов. Под скоростью (средней и мгновенной) учащиеся понимают отношение величины перемещения тела к промежутку времени, в течение которого произошло это перемещение

v_ср = s/t;     v_мг = DS/Dt,

где v_ср – средняя скорость, v_мг – мгновенная скорость. Знак D означает небольшое изменение.

Реализация межпредметных связей химии и физики в 8 классе при изучении видов химических связей может быть произведена с целью углубления химических понятий, их формулировки. Рассмотрим возможный пример взаимосвязи двух дисциплин при изучении ионной связи.

Урок начинаем с повторения известного учащимся материала по следующим вопросам: Что называется ионами? По каким свойствам отличаются ионы от атомов? На какие две группы можно разделить ионы по знаку их зарядов?

Затем переходим к объяснению химических явлений, приводящих к появлению ионов.

10 класс. Немного о межпредметных связях органической химии и физики.

В теме, посвященной изучению непредельных углеводородов, общая формула которых C_nH_2n-2, используются такие физические понятия, как “остаточная деформация твердых тел”, “упругость”, “пластичность”. На уроках физики учащиеся знакомились с явлением деформации тел, с процессами, вызывающими деформацию, с силой упругости, возникающей при деформации тела. Они также узнают о том, что способность тел к деформации зависит от природы вещества, из которого состоит это тело, от условий, в которых оно находится, и от способов его изготовления.

Знания этого материала помогут школьникам разобраться в некоторых физических особенностях полимерных материалов. Например, со свойством эластичности полимерных материалов они встречаются впервые и не всегда правильно связывают с другими видами деформации. Поэтому в данном случае необходимо применить сравнение. Вначале демонстрируют кручение пластинок из каучука, резины, стальной линейки, медной пластинки. Учитель предлагает ученикам объяснить, почему под действием одинаковой внешней силы происходит неодинаковое изменение формы, почему не все пластинки после прекращения действия внешней силы приобретают первоначальные размеры. Данные вопросы могут вызвать затруднения и поэтому лучше, если учитель сам разъяснит их.

При изучении сложных эфиров и жиров можно использовать знания учащихся о поверхностном натяжении и веществах, его изменяющих.

Рассмотрим, на какие основные вопросы курса физики необходимо сослаться при изучении жиров. Во-первых, учащиеся должны знать, что поверхностное натяжение есть сокращение поверхности жидкости за счет притягивания поверхностных молекул другими молекулами, расположенными в нижних слоях жидкости. Во-вторых, в результате действия молекулярных сил притяжения и отталкивания плотность жидкости в поверхностном слое меньше, чем внутри, т.е. межмолекулярное расстояние между молекулами, лежащими в глубине. В-третьих, учащиеся знакомы с величинами, характеризующими поверхностное натяжение: поверхностная энергия, коэффициент поверхностного натяжения, зависимость коэффициента поверхностного натяжения от природы жидкости и от температуры.

Не ограничиваясь рассмотренными выше примерами, каждый учитель сам может установить, знания каких курсов, вопросов курса физики можно использовать на уроках.

Использование учителями в учебной практике межпредметной связи способствует более углубленному усвоению учащимися учебного материала всего курса химии.

1.6 Межпредметные связи при проблемном обучении химии

Проблемное обучение химии всегда связано с интенсивным мыслительным процессом, с широким использованием в ходе решения учебной проблемы аргументации рассуждений и доказательности истинности  суждений. Важное место здесь занимают межпредметные связи с курсом математики и физики. Они помогают или утвердить правильность выдвинутых гипотез, или опровергнуть их.

Рассмотрим, как при изучении темы 8 класса “Количественные отношения в химии” решается следующая учебная программа в виде проблемы: “Истинно ли утверждение, что массовые отношения газов, находящихся в емкости, относятся 7:1, если емкость, содержащая 6,72 м³ газовой смеси, заполнена на 1/3 азотом и 2/3 водородом (по объему, н.у.)?”

Указанная проблема может быть решена лишь на основе установления взаимосвязи химии, математики и физики. Поэтому познавательная задача, которая возникает на уроке, должна включать использование знаний всех этих трех дисциплин.

Элементы математики используются для усиления содержательных положений, которые дают химия и физика.

На уроке проводятся следующие математические доказательства:

1. Масса азота объемом в 1 м³ равна 1,25 кг. Если M = 28·10^-3 кг/моль, а V_m = 22,4·10^-3 м³/моль, то по формуле r = M/V_m находим r = 1,25 кг/м³. Масса азота объемом в 1 м³ определяется по уравнению m = r·V. Числовые значения r и m в данном случае совпадают m = 1,25 кг.

2. Масса водорода объемом в 1м³ равна 0,089 кг. Если M = 2·10^-3 кг/моль, а V_m = 22,4·10^-3 кг/моль, то по формуле

r = M/V_m = 0,089 кг/м³

Масса водорода объемом в 1 м³ определяется по уравнению m = r·V. Числовые значения r и V совпадают.

m = 0,089 кг (1м³·0,089 кг/м³)

3. Объем азота равен 2,24 м³ (1/3·6,72 м³)

4. Объем водорода равен 4,48 м³ (2/3·6,72 м³)

По формуле m = r·V находим массы азота и водорода.

Масса азота равна 2,8 кг (1,25 кг/м³·2,24 м³).

Масса водорода равна 0,4 кг (0,089 кг/м³·2,24 м³).

При объемных отношениях азота и водорода 1/3 : 2/3 отношение масс будет 2,8 (кг) : 0,4 (кг), следовательно, утверждение, что массовые отношения газов в заданной емкости 7 : 1 истинно.

Другое время, когда в практике обучения химии возникает необходимость в опровержении неправильных гипотез учащихся.

В 8 классе в теме “Галогены” учащиеся, изучая химические свойства хлора, узнают о том, что это вещество может взаимодействовать с водородом с образованием хлорводорода. Обычно на вопрос, как получить хлорводород в лаборатории, большинство учащихся высказывают неправильное предположение о том, что в лаборатории хлорводород можно получить при взаимодействии хлора и водорода в эвдиометре. И тогда, с целью предупреждения таких неправильных суждений учащихся, ставим вопрос: можно ли использовать эвдиометр для лабораторного получения хлорводорода? Убедительный ответ на него противоречит правильному. Это создает проблемную ситуацию. Возникает проблемный вопрос: какой объем водорода и хлора необходим для получения хлорводорода объемом в 1 л? В ходе беседы ученики отмечают, что согласно уравнению реакции H₂ + Cl₂ ® 2 HCl для получения хлорводорода объемом в 1 л требуется хлора объемом 0,5 л и водорода объемом 0,5 л, т.е. общий объем смеси равен 1 л. Учитель говорит, что по условиям техники безопасности объем взрываемой смеси не должен превышать 1/10 части эвдиометра, потому объем всего эвдиометра должен быть в 10 раз больше, т.е. составлять 10 л. Если предположить, что диаметр такого эвдиометра 2 см, то его высоту можно рассчитать, используя знания по математике о вычислении объема цилиндра:

V = (p·D²/4) ·h;     отсюда h = (4·V/p·D²)

Подставив числовые значения, получаем h » 3184 см. Приведенными расчетами завершаем решение проблемы. Учащиеся убеждаются в неверности своих суждений. Сейчас любые опыты с эвдиометром запрещены и эти расчеты показывают о непреемственности данного способа для получения хлорводорода в лабораторных условиях.

Осуществление связи обучения химии и физики можно показать при изучении вопроса о строении твердых веществ. Учебную проблему здесь формулируем так: от чего зависят свойства кристаллических тел? Поиск решения данной проблемы идет путем установления связей с курсом физики 7-8 классов, используя знания, полученные на уроках физики, учащиеся в ходе обсуждения этого проблемного вопроса  говорят, что вероятно, свойства кристаллических тел зависят от частиц, из которых построен кристалл.

На уроке этот вопрос мы решаем путем привлечения и постановки ряда физических опытов. В два стаканчика помещаем одинаковое количество “сухого льда” (оксид углерода IV) и чистого кварцевого песка (оксид кремния IV). Стаканчики устанавливаем на разные чашки весов. Через некоторое время масса кристаллического оксида углерода (IV) начинает уменьшаться. Это изменение фиксируем как визуально, так и показаниями весов. Масса оксида кремния (IV) остается без изменения. С помощью горящей лучинки устанавливаем, что в стакане с “сухим льдом” находится газообразный оксид углерода (IV). На основе опыта определяем, что оксид углерода (IV) легко возгоняется, а оксид кремния (IV) не возгоняется обычной температуре. Поясняем, что углекислый газ имеет молекулярную кристаллическую решетку. Молекулы слабо связаны друг с другом, поэтому вещество легко возгоняется. SiO₂ тугоплавок, т.к. в узлах кристаллической решетки содержатся атомы Si и O, которые связаны прочными ковалентными связями. Подтверждается главная идея химии.

Затем ставим второй опыт. Берем кусок магния с ярко выраженным кристаллическим строением на изломе и кристаллический хлорид натрия в стаканчике. С помощью прибора устанавливаем электрическую проводимость магния и отсутствие ее у хлорида натрия. Хлорид натрия растворим в воде и раствор испытываем на электрическую проводимость. Ставим вопрос: как объяснить это свойство вещества? Проблему решаем с помощью тех знаний, которые учащиеся получили в курсе физики 8 кл. Учащиеся дают примерно такой ответ. В узлах кристаллической решетки металла расположены ионы, обладающие положительным зарядом, нейтральные атомы, а также отрицательно заряженные электроны. Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютной величине равен положительному заряду всех ионов решетки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален. Беспорядочное движение электронов не создает тока в металле, но если в металле создать электрическое поле, то все свободные электроны начнут двигаться в направлении действия электрических сил, возникает электрический ток, представляющий поток электронов.

Хлорид натрия в твердом состоянии не обладает электрической проводимостью, и это говорит о том, что в нем свободных электронов нет. Значит, причина электрической проводимости хлорида натрия в растворе другая. Из курса физики известно, что “при растворении солей в воде их кристаллы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Электрический ток в растворе представляет собой направленное движение положительных и отрицательных ионов”. Различия в свойствах двух веществ объясняются различием кристаллических решеток. У хлорида натрия ионная кристаллическая решетка, у магния – металлическая. В подтверждение этого демонстрируем таблицу.

Делаем вывод: свойства кристаллических тел зависят от частиц, которые находятся в узлах кристаллических решеток. По этому признаку все кристаллические решетки делятся на молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Таким образом, использование межпредметных связей является одним из важнейших способов совершенствования учебно-воспитательного процесса. Рассмотрение отдельных разделов химии во взаимосвязи с физикой, математикой обеспечивает лучшее понимание вопросов, помогает творчески мыслить. Все это позволяет использовать проблемный подход в обучении, который считается более эффективным.

1.7 Межпредметные связи при решении расчетных задач

К изучению математики учащиеся средней школы приступают на 7 лет раньше, чем к изучению химии. За этот период обучения они приобретают значительный объем математических знаний, умений и навыков по решению алгебраических задач. Правильное использование учителем химии приобретенного учащимися объема знаний, умений и навыков является той основой, которая в наибольшей мере способствует успешному обучению их решению расчетных химических задач.

При составлении плана решения данная сложная задача расчленяется на ряд простых, связанных между собой общим содержанием задачи. Составляя план решения задачи, используют два основных метода:

а) синтетический;

б) аналитический.

Суть каждого  из этих методов рассмотрим на примере составления плана решения конкретной задачи.

Задача. Почетный горняк Митрофанов за 30 лет работы бурильщиком в рудниках Криворожского железнорудного бассейна добыл 1 млн. т железной руды, содержащей в среднем 80% оксида железа (III). Сколько велосипедов можно изготовить из этой руды, если принять, что на изготовление одного велосипеда расходуется 20 кг железа?

Синтетический метод

1. Зная массовую долю (в %) оксида железа (III) в железной руде, находим его массу, содержащуюся в 1  млн. т руды.

2. Узнав массу оксида железа (III), вычислим массу содержащегося в нем железа.

3. Узнав массу железа в добытой руде и зная массу железа, переработанного в сталь и нужную на изготовление одного велосипеда, определим число велосипедов.

Исходя из этих соображений, составляют такой план решения задачи:

1. Сколько тонн оксида железа (III) составляют 80% от 1 млн. т железной руды?

2. Сколько тонн железа содержится в вычисленной массе оксида железа (III)?

3. Сколько велосипедов можно изготовить из вычисленной массы железа?

Аналитический метод

Исходят из вопроса задачи. Чтобы узнать число велосипедов, необходимо знать массу железа, а чтобы вычислить массу железа, нужно знать массу оксида железа (III), в котором оно содержится.

Синтетический метод составления плана решения задачи имеет свои недостатки. Главный недостаток заключается в том, что первые шаги при решении задачи (выбор данных для простой задачи) не всегда сразу приводят к искомому результату. Многие учащиеся, не имея навыков сравнивать и выбирать данные для простых задач, допускают ошибки двух видов:

а) в сравнении и выборе данных;

б) в составлении плана решения.

При составлении плана решения задачи аналитическим методом рассуждения строятся в противоположном направлении – от искомого числа к данным в условии задачи. В отличие от синтетического, аналитический метод составления плана решения задачи представляет собой ряд связанных между собой и вытекающих один из другого выводов и поэтому при его использовании учащиеся допускают меньше ошибок логического характера.

При изучении математики учащиеся усваивают оба метода составления плана решения задачи и поэтому учитель химии может пользоваться любым из них. Аналитический метод составления плана целесообразно использовать при решении сложных задач, условия которых содержат большое число данных, а синтетический – при решении сравнительно легких задач. При решении усложненных, например олимпиадных, задач часто приходится пользоваться обоими методами составления плана решения задач.

На уроках математики учащиеся приучаются к тому, что задачу можно считать решенной тогда и только тогда, когда найденное решение:

а) безошибочное (правильное);

б) мотивированное;

в) имеет исчерпывающий характер (полное).

Задача не считается решенной, если ее решение не соответствует хотя бы одному из этих требований.

Безошибочность (правильность) решения химических задач учащиеся обычно проверяют по ответам, которые приведены в сборниках задач и упражнений. Во многих случаях с целью проверки на уроках математики составляют и решают задачу, обратную решенной.

Проверку решения не обязательно выполнять для всех решаемых задач. Важно, чтобы учащиеся это умение использовали при решении химических задач и в необходимых случаях пользовались им. Слабоуспевающим учащимся можно предложить дома выполнить проверку решенных в классе задач. Это поможет им в усвоении методики решения задач и послужит закреплению того теоретического материала, на основе которого составлено условие задачи.

Исчерпывающий характер может иметь только то решение, которым найдены все неизвестные, содержащиеся в условии задачи. Если из ряда неизвестных, которые содержатся в условии задачи, не найдено хотя бы одно, такое решение нельзя считать полным.

Особое значение при решении химических задач имеет требование о мотивировке решения, выполнение которого должно содействовать закреплению изученного на ряде уроков, а иногда и в разных классах теоретического материала.

Несомненно, что использование умений и навыков, приобретенных учащимися при решении задач на уроках математики, повысит эффективность обучения учащихся решению химических задач.