Исследовательский метод обучения старших школьников на уроках химии

Автор: Кощеева Анастасия Николаевна

Организация: МАОУ «Лицей № 2» г. Перми

Населенный пункт: г. Пермь

Отечественная практика системного использования исследовательского метода обучения школьников зародилась в области естественнонаучного образования.

В 1786 году естествознание вошло в образовательную практику как самостоятельный предмет. В том же году для народных училищ Российской империи по высочайшему повелению царствующей императрицы Екатерины Второй был издан первый учебник естествознания под названием «Начертание естественной истории». Автором учебника был В.Ф. Зуев (1754 – 1794 гг.) - русский учёный-естествоиспытатель, путешественник и этнограф, академик Императорской академии наук и художеств в Санкт-Петербурге.

Излагая методические рекомендации для учителя в предисловии к своему учебнику, автор акцентировал внимание на необходимости организации исследования «натуральных объектов природы», составлению гербариев и коллекций, организации ученических экскурсий.

Однако до середины XIX века основным методом преподавания в школе оставался словесный метод.

Исследовательский метод обучения на уроках химии направлен на то, чтобы ученики не только получали знания из учебника, но и умели применять их на практике, умели самостоятельно исследовать и экспериментировать. Это эффективный способ развития ученических навыков анализа, критического мышления и практической работы, позволяющий стимулировать интерес учеников к предмету, развивать их творческое мышление и формировать навыки научного подхода к изучению химии.
Основные принципы исследовательского метода обучения на уроках химии:
1. Активное участие учеников в процессе обучения. Ученики не просто слушают лекции, а сами участвуют в исследованиях, проводят эксперименты и анализируют результаты.
2. Сотрудничество и взаимодействие. Ученики работают в группах, обмениваются идеями и знаниями, совместно решают задачи и проблемы.
3. Практическая деятельность. Ученики проводят химические опыты, самостоятельно составляют лабораторные работы и исследовательские проекты.
4. Развитие критического мышления. Ученики учатся анализировать информацию, выделять главное, делать выводы и формулировать гипотезы, оценивать полноту и грамотность ответов своих товарищей и даже замечать преднамеренные тематические «ляпы» преподавателя, которые противоречат ранее обоснованной логике рассматриваемого материала.
5. Индивидуальный подход. Учитывая разные уровни знаний и интересы учеников, преподаватель создает условия для развития каждого ученика.
Исследовательский метод обучения старшеклассников на уроках химии способствует не только углублению знаний, но и развитию навыков самостоятельной работы, позволяет ученикам на практике применить теоретические знания и убедиться в их правильности. Этот метод обучения положительно влияет на мотивацию учащихся, помогает им лучше понимать и усваивать материал и формирует у них навыки исследовательской работы, которые пригодятся им не только в учебе, но и в жизни.
Исследовательский метод обучения в т.ч. предполагает, что учащийся ставит проблему, которую необходимо разрешить, выдвигает гипотезу – предлагает возможные решения проблемы, проверяет ее на основе полученных данных, делает выводы и обобщения.
Цитата Аллена Даллеса: «Человека легко запутать фактами, но, если он понимает тенденции, его уже не обманешь».

Смысл этой цитаты нужно принимать и в части исследовательского метода обучения. Если ученик умеет понимать «тенденции» («субстраты» / «ключевые закономерности» / «логику») теоретического материала, а также умеет критически относиться к деталям постановки задачи / проблемы, то ученика «не запутать», вероятность правильного решения им задач, будет высокой.
Давайте рассмотрим конкретную ситуацию.
Обучающиеся классов естественно-научного профиля сталкиваются с проблемой в курсе изучения органической химии - зачем изучать механизмы реакций?
Выдвигают гипотезу
- Изучение механизмов химических реакций играет ключевую роль в понимании многих процессов, происходящих в природе и в промышленности. Знание того, как происходят химические реакции, позволяет улучшить процессы синтеза новых материалов, повысить эффективность производства и создать новые химические соединения.
- Изучение механизмов химических реакций также помогает понять, почему определенные вещества обладают определенными свойствами, как они взаимодействуют друг с другом и как можно улучшить их свойства для конкретных целей.
- Знание механизмов химических реакций имеет огромное значение в медицине, когда речь идет об изучении фармакологических свойств лекарств и их воздействия на организм.
Проверяют гипотезу
Пример 1. Оптимизация промышленного процесса
Есть опыт в области хлорирования углеводородов. Большие суммы, которые были затрачены на изучение кинетики этой реакции (10 тыс. фунтов стерлингов), привели в конечном счете к уменьшению образования побочных продуктов и увеличению производительности на 40%.

Увеличенная -мощность позволила избежать капитальных вложений в сумме 400 тыс. фунтов стерлингов, необходимых на строительство нового завода
Пример 2. Рассмотрим реакцию C₄H₈ + 6O₂ = 4CO₂ + 4H₂O
Если бы реакция в действительности протекала так, как это описано в уравнении, то одна молекула бутена должна была бы столкнуться одновременно сразу с шестью молекулами кислорода.
Однако вряд ли это происходит: известно, что одновременное столкновение более чем двух частиц практически невероятно.
Пример 3. Галогенирование алканов

Для этой реакции нам нужен свет. Мы знаем, что свет нужен для разрыва химических связей в молекуле галогена.

Но нужно понять, какой свет нам нужен.

Можно сэкономить и взять ИК-излучение, которое идет даже в темноте от всех нагретых тел. Потом обнаружим, что ничего не прореагировало.

Можно взять видимый свет, энергия квантов которого больше, и просто светить лампочкой на колбу или не закрывать в помещении окна. Реакция пойдет, но не очень активно и прореагируют не все вещества.

Можно взять ближний УФ-свет с несколько большей энергией излучения. Тут мы заметим, что выходы значительно повысились.

Можно пойти дальше и взять жесткий УФ, рентгеновское или гамма-излучение. Но ничего хорошего из этого не выйдет. Они могут разрушать уже другие связи в продуктах: связи С-С, С-Н, С-Hal.
Пример 4. Синтез сульфурилхлорида

Реакция простая: SO₂ + Cl₂ —> SO₂Cl₂.

Но простая - на бумаге.

Без катализатора не идет (а может, идет медленно... лично не ставила), катализатором раньше брали активированный уголь: в нем есть небольшие поры, в которые способны поместиться и продукт, и реагенты, где они смогут прореагировать.

Это упрощает реакцию, поскольку молекулам не надо искать друг друга по километровому объему, они находят друг друга на маленьком расстоянии и спокойно реагируют.

Сейчас берут камфору как катализатор. Видимо, из-за того, что в ней и продукт и реагенты хорошо растворимы.
Пример 5. Синтез гидразина
Во всех методиках указывается, что в реакции участвует желатин. В ответ на вопрос: а зачем он там нужен? Не всегда удается услышать ответ.

А ответ прост: гидразин - очень активное вещество. Ионы тяжелых металлов даже в маленьких концентрациях приводят к его разложению. Желатин как раз способен связывать такие ионы из-за своей структуры.
Выводы, к которым пришли старшеклассники:
- Механизмы реакций могут помочь предсказать возможные продукты при производстве. В это входит теоретические расчёты энергий, которые показывают более выгодный путь трансформации веществ.

- Понимание таких вещей также открывает возможность к более нацеленной оптимизации процессов для того, чтобы увеличить селективность производства.
- Изучение механизмов химических реакций позволяет оптимизировать условия химического синтеза - подобрать оптимальные условия, реагенты, катализаторы, обеспечить больший выход продуктов и т.д.
Обобщение

Постадийное выяснение химических реакций на молекулярном уровне дает значительное интеллектуальное удовлетворение.

Многие химики рассматривают эту проблему как сущность предмета химии и считают, что она заслуживает особенно интенсивного изучения вне зависимости от практического значения исследования.
Изучение механизмов химических реакций не только расширяет наши знания о мире химии, но и позволяет применить их на практике для решения различных задач и создания новых технологий.
Таким образом, использование исследовательского метода обучения на уроках химии позволяет не только эффективно усвоить учебный материал, но и развить у учащихся навыки самостоятельной работы, критического мышления и творческого подхода к решению задач.


Список литературы

1. Глебов И.А. "Исследование как эффективный метод обучения старших школьников химии" // Журнал современного образования. - 2018. - №3. - С. 45-56.
2. Козлова Е.Н. "Метод проектов в обучении химии: опыт практического применения" // Педагогика и психология обучения. - 2017. - Том 20. - С. 112-125.
3. Толстикова О.Г. "Роль исследовательских проектов в формировании исследовательских навыков учащихся" // Химия в школе. - 2016. - №5. - С. 78-91.
4. Смирнов А.А. "Использование метода исследования в обучении химии старших школьников" // Ученые записки университета. - 2019. - Выпуск 8. - С. 207-220.
5. Петрова Н.С. "Эффективность применения исследовательского метода в обучении химии" // Исследования в области образования. - 2015. - №4. - С. 63-75.

 

1. file1.pptx (4,9 МБ)

Опубликовано: 09.05.2024