Розвиток творчого мислення учнів шляхом розв’язування задач

Вступ

Розв’язування задач посідає важливе місце у вивченні хімії, оскільки це один із прийомів навчання, за допомогою якого забезпечується більш глибоке і повне засвоєння навчального матеріалу. Щоб навчитися хімії, вивчення теоретичного матеріалу має поєднуватися з систематичним використанням розв’язування різних задач.

Вміння розв’язувати задачі розвивається в процесі навчання, і розвинути це вміння можна тільки одним шляхом – постійно, систематично розв’язувати задачі.

Система хімічних задач, їх місце в курсі вивчення хімії

Розв’язування хімічних задач – важлива сторона оволодіння знаннями основ хімічної науки. Включення задач у навчальний процес дозволяє реалізувати наступні дидактичні принципи навчання: 1) забезпечення самостійності і активності учнів; 2) досягнення міцності знань і умінь; 3) здійснення зв’язку навчання з життям; 4) реалізація політехнічного навчання хімії, професійної орієнтації.

У процесі розв’язування задач відбувається уточнення і закріплення хімічних понять про речовини і процеси, виховується працьовитість, цілеспрямованість, розвивається почуття відповідальності, завзятість і наполегливість у досягненні поставленої мети, реалізуються міжпредметні зв’язки, що показують єдність природи, що дозволяє розвивати світогляд учнів. Завдання, які включають певні хімічні ситуації, стають стимулом самостійної роботи учнів над навчальним матеріалом.

Остаточно розробленої класифікації шкільних хімічних задач не існує. В навчальних посібниках по методиці хімії, в спеціальних методичних посібниках по розв’язуванню задач і в статтях наводяться різні варіанти класифікацій задач. Загальноприйнятою є класифікація на дві групи: розрахункові (кількісні) задачі і якісні. Кожна група в свою чергу поділяється на типи. Але єдиної думки про сутність типів та їхню кількість не існує.

Якісні хімічні задачі – це задачі, в яких кількісні характеристики відсутні взагалі, або вони носять допоміжний характер. Розв’язання якісних задач припускає використання визначень, формулювань законів, написання та аналізу хімічних формул і рівнянь реакцій, замальовку приладів. Якісні завдання можуть бути елементами комбінованих розрахункових завдань, а також складовою частиною завдань, пропонованих на експериментальному турі олімпіади.

Розрахункові задачі – це задачі кількісного характеру, відповіді на які учні знаходять, проводячи хімічні розрахунки, засновані на теоретичних знаннях з хімії.

Система розв’язування хімічних задач повинна включати якісні та розрахункові задачі, розв’язуючи їх усно, письмово та експериментально. Кількість пропонованих задач повинна бути достатня для формування стійких навиків, але не надлишковою, так як при цьому втрачається інтерес.

Задачі одного і того ж типу не повинні бути одноманітними за змістом так як це призведе до їх механічного розв’язування і створить ілюзію існуючого навику.

Велике значення мають задачі, в яких поряд з відомими явищами, поняттями даються нові невідомі. У цьому випадку розв’язування задачі є засобом застосування наявних знань і умінь для отримання та осмислення нових знань.

Загальні принципи розв’язування задач

Розв’язання хімічної задачі складається з багатьох операцій, які повинні певним чином з’єднуватися між собою і застосовуватися у встановленій послідовності відповідно до логіки розв’язання. Саме ця послідовність і повинна привести до позитивного результату.

Важливий фактор навчання учнів розв’язувати задачі – необхідність відпрацювання деякої послідовності дій, формування певного алгоритму дій, який може бути наступним:

  1. Уважно прочитати текст задачі, намагаючись зрозуміти її суть.
  2. Виконати хімічну частину задачі.
    • Записати умову задачі, використовуючи загальноприйняті позначення фізико-хімічних величин.
    • Провести запис допоміжних величин згідно з умовою задачі.
    • Виконати дослідження тексту задачі.
    • Провести аналіз задачі і намітити план її розв’язання (алгоритм розв’язання).
  3. Виконати математичну частину завдання.
    • Підібрати найбільш раціональний спосіб розв’язання.
    • Провести необхідні розрахунки.
    • Здійснити перевірку отриманого результату (правильність ходу виконаного рішення).
    • Записати відповідь задачі.
  4. Скласти обернену задачу.

Дотримання зазначеної послідовності дій організовує і спрямовує діяльність учня при розв’язуванні задачі, не зв’язуючи логіку міркувань, властиву індивідуальному мисленню, і в той же час цей алгоритм можна застосувати до будь-якої розрахункової задачі.

Зазначену послідовність можна представити учням у вигляді графічного наочного посібника (рисунок 1).

Процес-розв'язування-розрахункової-хімічної-задачі

Рисунок 1. Процес розв’язування розрахункової хімічної задачі.

Аналіз хімічної задачі

Починаючи розв’язувати, задачу необхідно уважно вивчити, прочитавши її текст. В результаті цього учень встановлює, чи в даній задачі мова йде про хімічний процес чи про конкретну речовину. В першому випадку записується рівняння реакції, в другому – формула речовини.

Аналіз задачі активізує мислення учнів. Оволодіння аналітико-синтетичними операціями – одна з найважчих, але в той же час і найважливіших цілей навчання учнів розв’язуванню хімічних задач.

Як показує практика, трудність в розв’язуванні задач обумовлена невмінням аналізувати запропоновану задачу. Як же навчитись аналізувати задачі?

Роздуми можна будувати двома шляхами:

1) від умови задачі до питання, тобто від невідомих величин до відомих (синтетичний метод аналізу);

2) від шуканої величини до відомих (аналітичний метод) (рисунок 2).

Аналіз-хімічної-задачі

Рисунок 2. Аналіз задачі

Вчитель повинен пояснити учням два способи міркувань, щоб можна було користуватись тим із способів, який більш відповідає їх складу мислення.

Синтетичний шлях аналізу дозволяє встановити, що дано в умові задачі, які величини це дозволяє знайти, що потрібно знайти в кінцевому результаті, чи достатня інформація для визначення невідомої величини, які додаткові дані необхідні і як їх знайти. Так складається план розв’язування задачі.

Розглянемо аналіз наступної задачі:

Задача 1. У якій кількості речовини вуглекислого газу міститься стільки ж атомів Оксигену, скільки їх є у воді масою 9 г? Обчисліть масу та об’єм даної порції газу.

Маса води в умові задачі дає можливість обрахувати кількість речовини води за формулою ν = m/M, звідки можна знайти кількість речовини Оксигену. Знаючи кількість речовини Оксигену, можна знайти кількість речовини вуглекислого газу і, відповідно, його масу і об’єм. Таким чином по ходу аналізу складається такий план:

  • знайти кількість речовини води;
  • знайти кількість речовини Оксигену;
  • знайти кількість речовини вуглекислого газу;
  • знайти об’єм вуглекислого газу;
  • знайти масу вуглекислого газу.

Якщо ж учневі важко встановити зв’язок між відомими та невідомими величинами, то дослідження задачі доцільно вести аналітичним шляхом; звертається увага на невідому величину, як її знаходять, тобто яке теоретичне положення чи закон необхідно для цього використати. З’ясувавши ці питання, виокремлюють прямі і непрямі зв’язки шуканої величини з відомими величинами, даними в умові задачі.

Розглянемо наступну задачу:

Задача 2. Речовина складається з Цинку, Нітрогену і Оксигену. Із 1,136 г її добули 0,486 г цинк оксиду, а з 1,325 г – 0,420 г нітроген монооксиду. Визначити процентний склад речовини і вивести її формулу.

Які дані необхідні для встановлення формули невідомої речовини? Для того що вивести формулу невідомої речовини необхідно знати масові частки елементів у сполуці. Чи можливо їх знайти? Для того дано дві реакції, з яких можливо визначити масові частки Цинку та Нітрогену. Знайшовши масові частки всіх елементів можна обрахувати відношення кількості атомів у сполуці. Відповідно, за такими міркуваннями складається план розв’язання задачі:

  • знаходимо масу Цинку;
  • знаходимо масову частку Цинку;
  • знаходимо масу Нітрогену;
  • знаходимо масову частку Нітрогену;
  • знаходимо масову частку Оксигену;
  • знаходимо відношення атомів Цинку, Нітрогену та Оксигену;
  • виводимо формулу.

Важливу роль в аналізі складних задач відіграє наочний матеріал. Графічна форма запису інформації є більш ефективною на перших етапах формування знань ніж запис з допомогою хімічної символіки в словесній формі.

Задача 3. Для хімічного прополювання бур’янів застосовується залізний купорос. Скільки залізного купоросу, що містить 4% нерозчинних домішок, і скільки води треба взяти, щоб приготувати 300 кг розчину, який містить 20% солі.

Графічний-розв'язок-задачі-1а)                                                                                                  б)

Графічний-розв'язок-задачі-2

в)

Рисунок 3. Графічне подання умови задачі

Роздуми при аналізі задачі можуть бути наступними.

При розчинені залізного купоросу, який складається з ферум (ІІ) сульфату, кристалізаційної води та домішок (рисунок 3а) у воді (рисунок 3б), одержимо розчин масою 300 кг (рисунок 3б). В кристалогідраті та в кінцевому розчині маса ферум (ІІ) сульфату є однаковою (зафарбовано зеленим кольором). Вода в даному розчині складається з води, яка входила до складу купоросу та води з якої готували розчин (синій колір). Домішки відповідно позначено червоним кольором. Знаючи масу ферум (ІІ) сульфату в кінцевому розчині можна визначити масу вихідного залізного купоросу. Складемо алгоритм розв’язання задачі:

  • знаходимо масу ферум (ІІ) сульфату в кінцевому розчині;
  • знаходимо масу чистого ферум (ІІ) сульфату гептагідрату;
  • знаючи масову частку домішок, знаходимо масу залізного купоросу;
  • знаходимо масу води яку взяли для приготування розчину.

Отже, сформоване у учнів уміння досліджувати текст задачі, аналізувати її умову допоможуть розв’язувати задачі передбачені шкільною програмою.

Відповідь і складання оберненої задачі

Коли задача розв’язана, записують її відповідь. Вчителю важливо виробити в учнів уміння акуратного запису всього розв’язання задачі, включаючи і відповідь, в стислій, але повній формі.

Розв’язавши задачу, доцільно для кращого засвоєння її структури скласти обернену.

Таким чином, знання шляхів розв’язання розрахункової задачі і дотримання певних послідовних дій у процесі її вирішення приведуть до отримання правильного осмисленого результату.

Методичні принципи навчання розв’язуванню задач

Процес навчання розв’язуванню задач проходить в нормальній обстановці і досягає задовільних результатів при дотриманні ряду методичних принципів:

  • спочатку вчитель розв’язує сам і продумує методику розбору задачі;
  • учні повинні постійно бачити текст завдання;
  • учні повинні проявляти самостійність, розв’язуючи задачі;
  • учням слід проводити самоаналіз, контролюючи розв’язання задачі;
  • вчитель повинен систематично включати розв’язування задач у процес вивчення хімії.

Кожна задача, намічена учителем для розв’язування на уроці чи вдома, повинна бути попередньо ним розв’язана, при цьому повинна бути чітко розглянута хімічна сторона задачі і повинні бути обрані 2-3 раціональних способи розв’язання. Це позбавить вчителя від можливих непередбачених випадковостей, дозволить більш доступно пояснити учням рішення, зорієнтувати їх у потрібному напрямку.

Істотну увагу слід приділити тому, щоб текст задачі був перед очима учнів протягом всього ходу розв’язання. З цією метою проводять запис умови задачі, чітко виділяючи дані і шукані величини.

Навчити учнів самоконтролю в ході розв’язання задачі – значить навчити їх вмінню аналізувати хід розв’язання, постійно контролювати свої дії.

Успіх формування умінь розв’язувати задачі залежить як від постійного розв’язування протягом усього навчального року, так і від послідовності розв’язання однієї задачі за іншою, тобто системи завдань, за допомогою якої можна було б керувати розумовим розвитком учнів, при вивченні нового матеріалу, актуалізуючи раніше набуті знання.

Використання різних способів розв’язування задач

Широко поширене, традиційне навчання розв’язування задач в основному побудоване на наслідуванні тому зразку, який дає вчитель. В цьому випадку учневі пропонують думати так само, як думає вчитель, тому він не має можливості вибору доступного йому способу міркування відповідно до його інтелектуальних можливостей.

Інша укорінена традиція навчання розв’язуванню задач заключається в тому, що кожен окремий вид задач підноситься як щось нове, суттєво відмінне від інших видів задач. Тим самим учень ставиться в положення, коли він повинен запам’ятовувати стільки різних способів розв’язування задач, скільки видів задач включено в шкільну програму.

Доцільніше показати учням два-три різних способи розв’язання. В цьому випадку необхідно буде оволодіти не 12, а 3-4 способами, що зменшить навантаження на учнів.

Різні способи розв’язування розглянемо на прикладі наступної задачі:

Задача 4. Твердий продукт, який отримали внаслідок прожарювання кальцій карбонату розчинили в надлишку води. Отриманий розчин при взаємодії з сульфур (IV) оксидом утворює 101 г кальцій гідрогенсульфіту. Розрахуйте вихідну масу кальцій карбонату та об’єм газу, що виділився.

Аналізуючи дану задачу виділяємо три хімічні процеси: розклад кальцій карбонату, взаємодія кальцій оксиду з водою, взаємодія кальцій гідроксиду з сульфур (IV) оксидом. Тобто, дана задача відноситься до розрахункових задач типу: «Розрахунки за рівняннями послідовних реакцій».

Основна складність цієї задачі саме в хімічній складовій, тобто написанні рівнянь реакцій. Використовуючи пряму пропорційну залежність між масою кальцій гідрогенсульфіту та вихідними речовинами можна послідовно за кожною реакцією знайти масу та об’єм відповідно кальцій карбонату та вуглекислого газу.

І спосіб (використання пропорції)

Алгоритм розв’язування задачі:

  • знаходимо кількість речовини Ca(OH)2;
  • знаходимо кількість речовини CaO;
  • знаходимо кількість речовини CaCO3 та CO2;
  • знаходимо масу CaCO3;
  • знаходимо об’єм CO2.

Розв’язання:

a г           0,5 моль b г
CaCO3 = CaO + CO2↑            (I)
100 г      1 моль  22,4 л

y моль               0,5 моль
CaO + H2O = Ca(OH)2           (II)
1 моль                1 моль

х моль                        101 г
Ca(OH)2 + 2SO2 = Ca(HSO3)2         (III)
1 моль                        202 г

За рівнянням (ІІІ) видно, що з 1 моль Ca(OH)2 одержимо 202 г Ca(HSO3)2, а з x моль – 101 г Ca(HSO3)2. Установлена пропорція коротко записується так:

x : 1 = 101 : 202;

x = 1 ∙ 101 / 202 = 0,5 моль.

Аналогічно за рівняннями (І) та (ІІ):

y : 1 = 0,5 : 1;

y = 1 ∙ 0,5 / 1 = 0,5 моль;

a : 100 = 0,5 : 1;

a = 100 ∙ 0,5 / 1 = 50 г;

0,5 : 1 = b : 22,4;

b = 0,5 ∙ 22,4 / 1 = 11,2 л.

Відповідь: вихідна маса кальцій карбонату рівна 50 г, об’єм вуглекислого газу, що виділиться становить 11,2 л.

ІІ спосіб (використання кількості речовини)

Алгоритм розв’язування задачі:

  • знаходимо кількість речовини Ca(HSO3)2;
  • знаходимо кількість речовини CaCO3 та CO2;
  • знаходимо масу CaCO3;
  • знаходимо об’єм CO2.

Розв’язання:

CaCO3 = CaO + CO2↑            (I)

CaO + H2O = Ca(OH)2           (II)

Ca(OH)2 + 2SO2 = Ca(HSO3)2         (III)

Масу кальцій гідрогенсульфіту переведемо в кількість речовини використовуючи формулу ν = m/M

ν(Ca(HSO3)2) = 101 г / 202 г/моль = 0,5 моль

За рівнянням реакції (ІІІ) для 1 моль Ca(HSO3)2 необхідно витратити 1 моль Ca(OH)2. За рівняння реакції (ІІ) щоб одержати 1 моль Ca(OH)2 необхідно 1 моль CaO. За рівнянням реакції (І) для одержання 1 моль СаО витрачається 1 моль СаСО3 та утворюється 1 моль СО2.

Або можна записати ν(Ca(HSO3)2) = ν(Ca(OH)2) = ν(CaO) = ν(CO2) = 0,5 моль.

m(CaCO3) = 0,5 моль ∙ 100 г/моль = 50 г;

V(CO2) = 0,5 моль ∙ 22,4 л/моль = 11,2 л.

Відповідь: вихідна маса кальцій карбонату рівна 50 г, об’єм вуглекислого газу, що виділиться становить 11,2 л.

ІІІ спосіб (використання стехіометричної схеми)

Алгоритм задачі:

  • складаємо загальну стехіометричну схему всіх процесів;
  • знаходимо масу кальцій карбонату CaCO3;
  • знаходимо об’єм вуглекислого газу CO2.

Розв’язання:

CaCO3 = CaO + CO2

CaO + H2O = Ca(OH)2

Ca(OH)2 + 2SO2 = Ca(HSO3)2

Так як весь Кальцій, що міститься у вихідному кальцій карбонаті перетворюється в кальцій гідрогенсульфіт, то по даному елементу можна скласти стехіометричну схему. Аналогічно, весь Карбон переходить у вуглекислий газ, тому:

x л              y г                 101 г
CO2 ← CaCO3 → Ca(HSO3)2
22,4 л        100 г               202 г

x : 22,4 = 101 : 202;

x = 22,4 ∙ 101 / 202;

x = 11,2 л;

y : 100 = 101 : 202:

y = 100 ∙ 101 / 202 = 50 г.

Відповідь: вихідна маса кальцій карбонату рівна 50 г, об’єм вуглекислого газу, що виділиться становить 11,2 л.

Висновки.

Методичною основою розв’язування розрахункових хімічних задач є єдність якісної і кількісної сторін хімічних явищ, тому в процесі виконання завдання дуже важливо обґрунтовувати хімічну частину, а потім тільки виконувати обчислення.

Як говорив американський математик Дьордь Пойа: «Вміння розв’язувати задачі – це мистецтво, якого набувають практикою».

Додати коментар

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *