V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность выбора темы. В процессе модернизация школьного образования в Российской Федерации внедряются Федеральные Государственные образовательные стандарты второго поколения, новые учебники и профили обучения, меняются требования к самой школе.В связи с этим возникают проблемы разработки методики обучения новых курсов химии в целом, а также средств, приемов и методов преподавания отдельных тем. Новые требования ставят перед учителем новые задачи, в том числе применение современных педагогических технологий, обеспечение индивидуального подхода в обучении, формирование не только знаний, умений и навыков, но и учебных компетенций учащихся в области химии. Однако во многих школах отсутствует необходимое материальное обеспечение для выполнения учебного химического эксперимента. Возникает противоречие между возрастающими требованиями к уровню учебно-воспитательного процесса и слабой материальной базой его обеспечения.

Поэтому разработки материального и методического обеспечения изучения отдельных тем в современных условиях является актуальным.

Цель работы: Разработать комплекс материального обеспечения по изучению темы «Теория электролитической диссоциации» в курсе химии общеобразовательной школы.

Выбор темы и определение цели работы обусловлены также тем, что значение темы в обучении химии переоценить трудно. Во-первых, происходит углубление и развитие понятий об основных классах неорганических веществ (соли, кислоты, основания), изучаются механизмы реакций между электролитами в растворах, вводится большое число новых понятий, расширяются ранее изученные.

Во-вторых, тема является теоретической базой для понимания химических свойств отдельных элементов и их соединений и служит основой для дальнейшего их изучения в разрезе отдельных групп химических элементов.

В-третьих, тема имеет огромный потенциал для дальнейшего развития учащихся на основе постановки проблемных вопросов и их решения с помощью эксперимента.

В-четвертых, продолжается формирование научного мировоззрения, которое поможет учащимся объяснять многие явления действительности.

Многие педагоги разрабатывали методические рекомендации по изучению данной темы и более лучшему её усвоению учащимися, однако, в связи с изменениями Государственного образовательного стандарта, сокращением часов на изучение химии разработка методики изучения данного курса остается актуальной.

Кроме того, в литературе отсутствует подробное описание приборов различной конструкции с многообразными возможностями. Демонстрационные опыты чаще всего проводятся с использованием прибора, работающего от сети 220 вольт, что является небезопасным, особенно для учащихся.

Нами предложены конструкции наглядных пособий в виде оригинальных и безопасных приборов по изучению темы «Теория электролитической диссоциации».

Приборы, обеспечивающие эксперимент при изучении темы

«Теория электролитической диссоциации»

Для проведения эксперимента по теме необходим прибор для определения электропроводимости веществ. К сожалению, приборы заводского изготовления рассчитаны для подключения к сети напряжением 220 вольт, они небезопасны в эксплуатации из-за возможности поражения электрическим током. Поэтому нами разработаны и сконструированы оригинальные приборы для определения электропроводности жидких и твердых веществ, схемы и фото которых представлены ниже.

1. Наиболее простым прибором для регистрации электропроводности веществ является прибор с чувствительным светодиодом (схема 1, рис 1).

Схема 1. Прибор для регистрации электропроводности с помощью светодиода.

1 – чувствительный светодиод; 2 – источник питания (батарейка); 3 – электроды.

Фото 1. Приборы с чувствительным светодиодом.

Прибор изготавливается из любой небольшой пластиковой коробочки, в которую монтируются неподвижно электроды, батарейка и светодиод, головку которого можно вывести наружу прибора. Прибор позволяет разделить вещества на электролиты и неэлектролиты.

При помещении электродов в исследуемый раствор электролита светодиод загорается, в растворе неэлектролита - не загорается.

Прибор компактен, абсолютно безопасен, им могут пользоваться ученики для проведения экспресс-анализа вещества на электрическую проводимость. Относительный недостаток этого прибора в том, что он не способен количественно определять электропроводность тех или иных веществ, однако это возможно делать относительно по яркости свечения светодиода, различая тем самым растворы сильных и слабых электролитов.

2. При отсутствии светодиода можно воспользоваться лампочкой на 6-12 вольтв качестве индикатора электрической проводимости (схема 2, Фото 2).

Схема 2. Прибор для регистрации электропроводности веществ с помощью лампочки 6 вольт. 1 – лампочка; 2 – источник питания (батарейка); 3 – электроды.

Фото 2. Прибор для регистрации электропроводности веществ с помощью

лампочки 6 вольт.

Конструкция прибора аналогична прибору, описанному выше. Следует лишь обеспечить соответствие номинала лампочки напряжению источника тока. Кроме того, для обеспечения более длительной работы источника тока можно предусмотреть в конструкции прибора выключатель. Этот прибор менее компактен, зато позволяет более четко (по яркости свечения лампочки) различать растворы сильных и слабых электролитов.

3. Не исключается возможность изготовления приборов и под электрическую сеть напряжением 220 вольт (схема 3, Фото 3), однако в этом случае следует особо неукоснительно соблюдать правила техники безопасности; допускать учащихся до работы на этом приборе категорически запрещается. После каждого тестирования электропроводности вещества электроды необходимо промывать водой и протирать насухо (обязательно при отключенном от сети приборе). Прибор фиксирует электропроводность даже самых слабых или очень разбавленных электролитов. Преимуществом этого прибора является также практически полное отсутствие процессов электролиза, так как прибор работает от сети переменного тока.

Для изготовления прибора используют мягкие изолированные медные провода; электроды вставляют в два корпуса шариковых ручек, которые скрепляют между собой так, чтобы расстояние между ними составляло примерно 1-2 см. Выходы проводов (около 1 см) из нижних концов авторучек оголяют (снимают изоляцию). Для большей безопасности в конструкции прибора можно предусмотреть монтаж выключателей (фото 3). Прибор выполнен нами на основе деревянной коробки с задвигающейся крышкой. Это позволяет после эксперимента упаковать электроды, лапочку и патрон к ней для лучшей сохранности в эту коробку.

Схема 3. Прибор для регистрации электропроводности веществ с помощью

электролампочки 220 вольт.

1 – штеккер (вилка) для подключения прибора к источнику электрического тока;

2 – электроды; 3 – электролампочка.

а)

б)

Фото 3. Прибор для регистрации электропроводности веществ с помощью электролампочки 220 вольт. а) раствор слабого электролита б) раствор сильного электролита.

4. Лучший эффект наглядности могут дать приборы, позволяющие одновременно определять электропроводность нескольких веществ (растворов) – (схемы 4,5; Фото 4,5). В этих приборах мы используем встроенные источники тока на 6-12 вольт и соответствующие электрические лампочки.

Схема 4. Прибор для одновременного определения электропроводимости

нескольких веществ.

1 – штеккер (вилка) для подключения прибора к источнику тока; 2 – электроды;

3 – электролампочка; 4 – выключатели.

Хотя конструкции этих приборов более сложные, они позволяют одновременно определять электропроводность нескольких веществ.

Если заранее до урока подготовить прибор и стаканчики с веществами, то на уроке остается лишь поочередно включать и выключать выключатели, и на эксперимент уходит буквально несколько секунд.

а)

б)

Фото 4. Прибор для одновременного определения электропроводимости нескольких веществ. а) раствор сильного электролита, б) раствор слабого электролита.

Схема 5. Прибор для одновременного определения электропроводимости нескольких веществ с подвижным электродом.

1 – штеккер (вилка) для подключения прибора к источнику электрического тока;

2 – электроды; 3 – электролампочка; 4 – подвижный контакт.

а)

б)

в)

Фото 5. Прибор для одновременного определения электропроводимости нескольких веществ с подвижным электродом. а) раствор электролита, б) раствор неэлектролита,

в) твердое вещество.

Оба прибора также выполнены на основе деревянной коробки. В приборе (схема 5, Фото 5) мы оставили только общий выключатель и применили подвижный электрод, выполненный на основе корпуса шариковой ручки, через корпус которой протянут провод с оголенным концом.

5. Конструкция прибора, изготовленная на основе схемы 6 (Фото 6), включает наряду с электролампочкой последовательно соединенный вольтметр. Этот прибор позволяет не только визуально (по яркости свечения лампочки), но и по показанию прибора дифференцировать вещества на основе их электропроводности. Вариант данного прибора предусматривает его подключение к сети на 220 вольт (работать учащимся с данным прибором запрещается). Однако можно изготовить аналогичный прибор с безопасным источником тока на 6-12 вольт, применив соответствующие лампочку и измерительный прибор. При испытании токопроводящих веществ с помощью данного прибора учащиеся наблюдают и свечение лампочки, и отклонение стрелки вольтметра.

Схема 6. Прибор для регистрации электропроводности веществ

с помощью измерительной шкалы.

1 - измерительный прибор (вольтметр); 2 - источник питания постоянного тока;

3 - электролампочка; 4 - электроды.

а)

б)

Фото 6. Прибор для регистрации электропроводности веществ с помощью вольтметра а) раствор слабого электролита б) раствор сильного электролита.

6. Кроме приборов для регистрации электропроводности веществ, предлагаем вариант простой и наглядной установки для демонстрирования движения ионов в электрическом поле (схема 7, Фото 7). Стеклянное предметное стекло (пластмассовую пластинку размером 3х10 см) обверните несколькими слоями фильтровальной бумаги. С помощью резиновых колечек прикрепите поперек пластинки на расстоянии 2-3 см два графитовых электрода (можно вынуть из круглых отработанных батареек).

Схема 7. Прибор для демонстрирования движения ионов в электрическом поле. 1 – источник тока (батарейки); 2 – графитовые электроды; 3 – стеклянное предметное стекло.

Подсоедините электроды к источнику постоянного тока напряжением 12-24 вольт. Обильно смочите фильтровальную бумагу между электродами 20%-ным раствором сульфата натрия.

Далее на бумагу между электродами положите 1-3 крупных кристаллов перманганата калия или другой окрашенной соли. Включите ток и наблюдайте образование окрашенных зон в виде язычков, которые тянутся в сторону соответствующего электрода (Фото 7).

Фото 7. Движение окрашенных ионов в электрическом поле.

Опыт по демонстрированию движения ионов в электрическом поле длится несколько минут, поэтому его рекомендуем заложить до урока, а учащимся показать конечный результат, обратив внимание школьников на направление передвижения окрашенного иона к соответствующему электроду.

Испытание приборов в процессе изучения темы

в общеобразовательных школах

Испытание приборов по теме «Теория электролитической диссоциации» проводилась в восьмом классе на базе МОУ «СОШ р.п. Красный Октябрь Саратовского района Саратовской области» в 2011 – 2012 учебном году. Педагогическое исследование проводилось в 8 классе в составе 22 учащихся, обучающихся по программе О.С. Габриеляна. Изучение темы проводилось в соответствии с оригинальным тематическим планом, включающим 14 уроков, и строилось на разработанном нами материально-методическом обеспечении. При проведении химического эксперимента использовались безопасные приборы авторской конструкции, динамическая модель для изучения механизма электролитической диссоциации, для дополнения эксперимента применялись мультимедийные презентации. Обучение проводилось с применением технологий проблемного обучения и критического мышления в комплексе, на основе эксперимента.

После проведённых уроков была проведена контрольная работа по 2 вариантам, состоящая из 5 вопросов.

Контрольная работа по теме «Теория электролитической диссоциации»

Вариант 1

1. Напишите уравнения электролитической диссоциации следующих веществ: а) сульфата алюминия; б) хлорида цинка; в) гидроксида бария; г) сернистой кислоты.

2. При сливании каких растворов реакции обмена пойдут до конца, и почему? Составьте уравнение реакции нейтрализации в молекулярном, полном и кратком ионном виде:

А) Хлорид бария и серная кислота;

Б) Нитрат калия и бромид натрия;

В) Гидроксид кальция и азотная кислота;

Г) Соляная кислота и карбонат натрия.

3. Подберите вещества и составьте молекулярные уравнения реакций ионного обмена соответствующие следующим кратким ионным уравнениям:

А) Ag⁺ + Cl^- = AgCl;

Б) CaO + 2H⁺ = Ca²⁺ + H₂O;

В) Сu ²⁺+ 2OH^- = Cu(OH)_2.

4. Напишите уравнения возможных реакций:

А) Соляная кислота + цинк =

Б) Соляная кислота + серебро =

В) Гидроксид меди (II) =

Г) Гидроксид калия + оксид серы (VI) =

Д) Нитрат натрия + сульфат кальция =

5. Вычислите массу осадка, который образовался при взаимодействии растворов, содержащих нитрат бария массой 26,1 г и серную кислоту массой 4,5 г?

Контрольная работа по теме «Теория электролитической диссоциации»

Вариант 2

1. Напишите уравнения электролитической диссоциации следующих веществ: а) хлорид железа (III); б) нитрат цинка; в) гидроксида кальция; г) серной кислоты.

2. При сливании каких растворов реакции обмена пойдут до конца, и почему? Составьте уравнение реакции нейтрализации в молекулярном, полном и кратком ионном виде:

А) Нитрат серебра и хлорид калия;

Б) Сульфит калия и серная кислота;

В) Хлорид меди (II) и нитрат цинка;

Г) Азотная кислота и гидроксид калия;

3. Подберите вещества и составьте молекулярные уравнения реакций ионного обмена соответствующие следующим кратким ионным уравнениям:

А) Fe²⁺ +2OH^- = Fe(OH)₂;

Б) 2H⁺ + SO₃^2- = SO₂ + H₂O;

В) СО₂ + 2ОН^- = СО₃^2- + Н₂О.

4. Напишите уравнения возможных реакций:

А) Соляная кислота + алюминий =

Б) Соляная кислота + золото =

В) Гидроксид железа (III) = Г) Гидроксид натрия + оксид углерода (IV) = Д) Хлорид калия + сульфат бария =

5. Какова масса осадка, который образовался при взаимодействии растворов, содержащих нитрат серебра массой 17 г и хлорид кальция массой 22,2 г?

Результаты контрольной работы учащихся 8 класса 2011–2012 учебного года (экспериментальный класс) были сравнены с результатами контроля знаний учащихся 8-х классов 2010–2011 учебного года (контрольные классы), где обучение проводилось по традиционной методике без эксперимента. Результаты контрольных работ отражены в таблице.

Уровень знаний учащихся по итогам контрольной работы после

изучения темы «Теория электролитической диссоциации»

№ п/п	Контрольный и экспериментальный классы	Всего учащихся			Число учащихся правильно ответивших на
					5 вопросов		4 вопроса	3 вопроса		2 вопроса		1 вопрос
1	8-е классы (2010/11 уч. год) Контроль		27	4		5			14		3		1
2	8 класс (2011/12 уч. год) Эксперимент		22	6		8			7		-		-

Число учащихся, ответивших правильно на все пять вопросов в 8-х классах 2010 - 2011 уч. года, составило всего 4 человека (15 %), на четыре вопроса – 5 человек (18 %), на три вопроса – 14 учащихся (52 %), на два – 3 человека (11 %), на один вопрос ответил 1 учащийся (4 %).

Число учащихся, ответивших правильно на все пять вопросов в экспериментальном 8 классе 2011 - 2012 уч. года, составило 6 человек (29 %), на четыре вопроса – 8 учащихся (38 %), на три вопроса – 7 человек (33 %), учащихся ответивших всего на два и один вопрос не было. Результаты педагогического исследования уровня знаний отражены на диаграммах (диаграмма 1, 2).

Диаграмма 1. Оценка результатов контрольной работы по теме

«Теория электролитической диссоциации» в контрольном классе.

Диаграмма 2. Оценка результатов контрольной работы по теме

«Теория электролитической диссоциации» в экспериментальном классе.

В ходе исследования был проведен анализ качества усвоенных знаний учащимися по теме «Теория электролитической диссоциации». Число учащихся верно ответивших на 4 и 5 вопросов контрольной работы в контрольном классе составило 9 человек (33 %), в экспериментальном 14 человек (67%).

Результаты педагогического исследования качества знаний отражены на диаграмме (диаграмма 3).

Диаграмма 3. Оценка качества усвоенных знаний по теме

«Теория электролитической диссоциации».

Ряд приборов по изучению темы «Теория электролитической диссоциации» были успешно использованы студентами Института химии Саратовского государственного университета во время педагогической практики в МОУ СОШ № 2, МОУ СОШ № 34 и МАОУ «Гимназии № 1» г. Саратова.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из результатов педагогического исследования можно сделать вывод, что применение в учебном процессе разработанных наглядных пособий и методических рекомендаций по теме «Теория электролитической диссоциации» способствовали повышению и уровня, и качества знаний учащихся.

Усовершенствование химического эксперимента значительно повышает эффективность процесса обучения и дает возможность учителю проводить занятия не на основе авторитарных вербальных методов, а с использованием экспериментальной доказательной базы.

Мультимедийные презентации, раскрывающие сущность процессов на атомно-молекулярном уровне, дополняют наглядность изучаемого материала и способствуют лучшему пониманию темы, и, следовательно, более качественному усвоению знаний.

Схемы и описание приборов позволяют сконструировать приборы на базе любой школы или педагогического вуза. А сами приборы могут быть использованы и учителями при изучении темы «Теория электролитической диссоциации», и студентами педагогических вузов во время педагогической практики независимо от выбранного школьного учебника.

11

Код для цитирования: Скопировать