Презентация Формирование и развитие системы знаний о химической реакции онлайн

Содержание слайда: Формирование и развитие системы знаний о химической реакции Береснева Е. В. к.п.н., профессор кафедры фундаментальной химии и методики обучения химии ВятГУ

Содержание слайда: План лекции 1. Общая характеристика системы знаний о химической реакции 2. Структура и содержание системы знаний о химической реакции 3. Последовательность формирования системы знаний о химической реакции

Содержание слайда: 1. Общая характеристика системы знаний о химической реакции Химическая реакция – это специфический и наиболее важный объект изучения химии «Химическое превращение, химическая реакция есть главный предмет химии. Изучение различных свойств элементов и их соединений, в частности, строения атомов и молекул дает, в сущности, для химии вспомогательный материал, облегчающий главную задачу – задачу рационального управления химическими превращениями» Н. Н. Семенов «Цепные реакции»

Содержание слайда: Учение о химических процессах Учение о химических процессах может быть выделено как особый уровень химических знаний, как важная концептуальная система химии, развивающаяся на основе учений о химическом элементе и веществе (Ф. Басоло, Р.Пирсон, Р. Б. Добротин, Ю. А. Жданов, М.Х. Карапетьянц, Д. А. Кемпбел, Э. Н. Рэмсден, Ю. И. Соловьев, Д. Н. Трифонов, Г. И. Шелинский и др.)

Содержание слайда: Предмет современной химии Многие ученые (О. С. Зайцев, В. И. Кузнецов, Я. А. Угай и др.) дают определение науке химии, в котором на первое место выдвигают химическую форму движения материи, а на второе – носитель этого движения – вещество: «Химия – это наука о превращениях веществ, сопровождающихся изменением их состава и структуры»

Содержание слайда: Формирование понятия о химической реакции в методике обучения химии Разные стороны этого понятия получили обстоятельную разработку в исследованиях В.В. Кустовой, Г. Н. Осокиной, Т. З. Савич, Е.Н.Федоровой, Г. И. Шелинского, Д.А.Эпштейна. В работах В. П. Гаркунова, Н. Е. Кузнецовой применялся системный подход к формированию химических понятий. Многие методисты (А. Л. Андриенко, Е. В. Береснева, Т.А. Веселова, В. А. Жуков, А. Ю. Жегин, А.С.Корощенко, И. Н. Чертков и др.) работали над системным формированием отдельных групп понятий о химической реакции

Содержание слайда: Формирование понятия о химической реакции в методике обучения химии Дальнейшего совершенствования требует методика изучения материала о химических реакциях, особенно в плане повышения действенности этих знаний и их влияния на развитие личности учащихся «Химические реакции – это клеточки, из которых построена вся ткань химических знаний. Отсюда, изучение химических реакций – это центральный вопрос методики обучения химии» С. Г. Шаповаленко

Содержание слайда: 2. Структура и содержание системы знаний о химической реакции Система знаний о химической реакции – весьма общая, многоплановая, многокомпонентная. Это объясняется тем, что каждая конкретная реакция обусловлена множеством факторов, влияющих на ее протекание, многообразием признаков и форм проявления В развитом, структурно организованном виде общее понятие о химической реакции представляет теоретическую систему сущностных знаний о химическом процессе. Научно-теоретическими основами ее формирования служат теории строения веществ и химических процессов, периодический закон и закон сохранения массы и энергии

Содержание слайда: Химическая реакция Ведущей идеей преемственного формирования знаний является раскрытие обусловленности химических реакций триединым структурно-энергетико-кинетическим фактором Химическая реакция – это протекающее при определенных условиях качественное изменение веществ, происходящее под влиянием изменения их количественного состава, в результате которого из одних веществ образуются другие

Содержание слайда: Химическая реакция В этом определении родовым понятием является качественное изменение веществ, а химическая реакция – видовым понятием. Существенным признаком химической реакции является превращение веществ. Следовательно, понятие «химическая реакция» можно сформировать только после того, как учащиеся овладеют понятием о веществе и его свойствах В свою очередь само понятие «химическая реакция» является довольно сложным образованием. Оно по существу представляет собой систему частных понятий

Содержание слайда: Сущность и механизм реакции Понятие о сущности химической реакции является центральным в этой системе. Выражая ее химическим уравнением, мы оцениваем начальный и конечный состав веществ и их количественные соотношения Глубокое рассмотрение изменений, происходящих с веществами при химической реакции, приводит к выявлению промежуточных процессов, которые вызывают данное превращение, т.е. определяется механизм реакции, а так как его раскрытие является глубоким рассмотрением сущности химической реакции, то оно помещается в центр системы

Содержание слайда: Сущность и механизм реакции Сущность и механизм реакции – не одно и то же По химическому уравнению мы не можем судить о механизме реакции, так как оно не дает возможности понять, как же превращаются одни вещества в другие, на какие стадии распадается этот химический процесс Механизм реакции объясняет изменение связей между атомами реагирующих веществ, говорит о появлении промежуточных продуктов, о возникновении цепей, об образовании «активного комплекса» или «переходного состояния»

Содержание слайда: Система знаний о химической реакции С механизмом и сущностью химической реакции связаны и многие другие понятия: – признаки химической реакции; – условия возникновения и течения химических реакций; – энергетика химических реакций; – кинетика химических реакций; – химическое равновесие

Содержание слайда: Система знаний о химической реакции Очень важным является блок об энергетике химических реакций. В состав его включаются понятия о внутренней энергии, тепловом эффекте химических реакций, экзо- и эндотермических реакциях, а в углубленных классах еще и понятия об энтальпии, энтропии и энергии Гиббса. Среди них как эмпирические, так и теоретические понятия. Компонентами данной подсистемы знаний являются закон сохранения энергии и закон Гесса, а также закономерности протекания химических реакций в зависимости от изменения энтальпии, энтропии и энергии Гиббса

Содержание слайда: Система знаний о химической реакции Основу блока знаний о кинетике химических реакций составляют понятия о скорости реакции и механизме химических превращений, а также сопутствующие им понятия: энергия активации, промежуточный активированный комплекс, катализ. В состав этого блока знаний входят доступные положения теории активных столкновений, теории промежуточных комплексов и эмпирические зависимости скорости реакций и катализа от природы реагентов и внешних условий протекания реакций

Содержание слайда: Система знаний о химической реакции Блок знаний о химическом равновесии включает ряд понятий, которые непосредственно связаны с понятием «химическое равновесие» или раскрываются с его помощью (обратимые и необратимые реакции, обратимость процесса, константа равновесия и др.), а также закономерности смещения химического равновесия в зависимости от различных факторов (принцип Ле Шателье)

Содержание слайда: 3. Последовательность формирования системы знаний о химической реакции Понятие «химическая реакция» формируется на нескольких уровнях Уровень 1 – эмпирический Основная задача этого уровня – накопить и обобщить фактологический материал о признаках протекания реакций, обеспечить создание наглядных образов изучаемых реакций, научить отличать химические реакции от физических явлений На этом уровне используется индуктивный подход. Базой для формирования первоначального понятия о химической реакции являются понятия о веществах, их свойствах и изменениях (явлениях). Лишь на основе их можно разграничить явления на физические и химические. Опорой здесь являются знания, полученные в курсе физики

Содержание слайда: Эмпирический уровень Основой изучения служит химический эксперимент, выступающий как источник познания. Он направлен на выявление внешних признаков реакций и условий их возникновения и протекания. Основные методы изучения – наблюдение, выполнение опытов, фиксация их результатов, описание, сравнение, выводы. Особенность экспериментального изучения реакций в том, что их сущность не рассматривается, констатируются лишь их внешние проявления. При этом наряду с главным признаком – образованием новых веществ – важно выделить и другие Признаки – это те проявления реакций, по которым мы можем визуально или с помощью измерительных приборов судить, что данная реакция протекает или уже прошла

Содержание слайда: Эмпирический уровень Следует обратить внимание на важность энергетического признака, установить взаимосвязь между энергетическим признаком и образованием новых веществ. При этом необходимо подчеркнуть, что внешние признаки реакции не могут быть поставлены в один ряд с энергетическими характеристиками Зная, что образование новых веществ связано с энергетическими изменениями, учащиеся легко приходят к выводу, что внешним признаком этого служит выделение или поглощение теплоты. На основании этого все химические реакции подразделяются на экзо- и эндотермические

Содержание слайда: Эмпирический уровень Результатом обсуждения опытных данных и выявленных зависимостей являются выводы: – сущность химической реакции состоит в образовании новых веществ из исходных; – процесс превращения веществ связан с энергетическими изменениями; - выделение или поглощение тепла при химической реакции – основа классификации по энергетическому признаку (экзотермические и эндотермические)

Содержание слайда: Эмпирический уровень Далее учащиеся должны уяснить условия протекания реакций Условия – это те внешние факторы, которые необходимы, чтобы реакция началась и протекала до образования новых веществ На основе наблюдений учащиеся приходят к следующим выводам: – химические реакции протекают только при тесном соприкосновении реагирующих веществ; – для осуществления эндотермических реакций необходимо непрерывное нагревание, в то время как экзотермические реакции протекают либо при незначительном предварительном нагревании, либо совсем без него

Содержание слайда: Уровень атомно-молекулярных представлений Уровень 2 – атомно-молекулярных представлений Основная задача данного уровня – применение положений атомно-молекулярного учения к объяснению сущности химической реакции, к изучению некоторых стехиометрических и термохимических закономерностей их протекания Используя шаростержневые модели молекул, изображения молекул на экране или доске, учащихся подводят к выводу о том, что сущность химической реакции сводится к перегруппировке атомов, входящих в состав реагирующих веществ

Содержание слайда: Уровень атомно-молекулярных представлений Появившееся у учащихся понятие о сохранении при химической реакции химического элемента закрепляется при наблюдении и обсуждении результатов опытов по накаливанию на воздухе порошка меди и восстановлению оксида меди водородом. Эти знания затем используются для выведения закона сохранения массы веществ, который дает строгую количественную трактовку химическим реакциям На этом уровне вводится классификация химических реакций по числу и составу реагентов и продуктов (соединение, разложение, замещение, обмен)

Содержание слайда: Уровень электронных представлений Уровень 3 – электронных представлений Электронная теория позволяет более глубоко проникнуть в сущность изучаемых процессов. Здесь происходит отвлечение от всего многообразия химических реакций и вычленение их сути и причин изменения. На этом уровне важно усилить роль знаний энергетики и теории строения для определения возможностей протекания реакций. Выясняется, что тепловой эффект не является единственным фактором, влияющим на направление протекания реакции, а есть еще энтропийный фактор и энергия Гиббса. Сделанные обобщения конкретизируются при изучении систематики элементов

Содержание слайда: Уровень электронных представлений Одним из трудных вопросов изучения реакций на электронном уровне являются окислительно-восстановительные процессы. Важный признак ОВР – наличие окислителя и восстановителя и изменение степени окисления атомов элементов реагирующих веществ. Сформированное понятие об ОВР необходимо ввести в общую систему знаний о химической реакции, показать, что степень окисления элемента – это еще один критерий классификации химических реакций (окислительно-восстановительные и неокислительно-восстановительные), подвести под эту классификацию ранее изученные

Содержание слайда: Уровень электронных представлений На уровне электронных представлений делаются следующие выводы: – сущность химической реакции состоит в разрушении химических связей в исходных веществах и в образовании новых – в продуктах реакции; – этот процесс сопровождается изменением структуры веществ, что влечет за собой изменение их свойств; – реакции протекают в сторону образования энергетически более выгодных связей

Содержание слайда: Уровень теории электролитов Уровень 4 – теории электролитов Теория электролитов – качественно новый этап в изучении ОВР. Здесь происходит познание особенностей их протекания в растворах, знакомство с новым видом окислителей и восстановителей – ионами. При изучении азота и фосфора знания учащихся пополняются новыми конкретными окислителями и восстановителями и их реакциями. Ученики овладевают умением составлять уравнения сложных реакций (азотная кислота с металлами)

Содержание слайда: Уровень теории электролитов Кроме ОВР, здесь серьезно изучаются и реакции ионного обмена, формируются умения выражать сущность химической реакции с помощью ионных уравнений. Вводится классификация по виду частиц, участвующих в реакции (атомно-молекулярные, ионные, радикальные) На уровне теории электролитов делается следующий вывод: сущность химических реакций, протекающих в растворах, выражается кратким ионным уравнением. Реакции в растворах протекают в направлении связывания ионов

Содержание слайда: Уровень кинетических представлений Уровень 5 – кинетических представлений Данный уровень включает материал о скорости химической реакции и факторах, влияющих на нее, об энергии активации, катализе и катализаторах, о химическом равновесии и его смещении. В связи с этим здесь вводятся сразу три классификации химических реакций: по признаку обратимости (обратимые и необратимые), по виду системы (гомо- и гетерогенные) и по влиянию катализатора на скорость реакции (каталитические и некаталитические)

Содержание слайда: Уровень кинетических представлений Материл этой темы – основа для изучения химических производств. Он закрепляется и углубляется при изучении систематики элементов. Кинетические понятия и закономерности объясняются на основе электронной теории, теории активных столкновений, теории образования промежуточных комплексов. Идеей изучения становится разностороннее рассмотрение процессов с позиций единства их структурных, энергетических и кинетических характеристик Вывод: химические реакции необходимо рассматривать разносторонне с позиций единства их структурных, энергетических и кинетических характеристик

Содержание слайда: Уровень теории органической химии Уровень 6 – теории органической химии В курсе органической химии дополняются и расширяются понятия о классификации химических реакций. Вводится новый тип реакций – изомеризация. Вносится качественно новый материал в понятия о механизмах реакций. Система понятий о закономерностях химических реакций наполняется особым содержанием. Например, при изучении катализа сообщается о теории промежуточных соединений, о действии ферментов

Содержание слайда: Уровень обобщенных представлений Уровень 7 – обобщенных представлений Этот уровень включает обобщение знаний по неорганической и органической химии. Основная цель – создание у учащихся целостных представлений о химическом процессе. Здесь важно показать единство и генетическую связь неорганических и органических процессов, составляющих химическую форму движения материи, их подчинение основному закону химических изменений – периодическому закону. На примерах реакций неорганической и органической химии надо показать учащимся сложность и многосторонность химических явлений, что вызывает неодинаковые подходы к их классификации

Содержание слайда: Уровень обобщенных представлений После изучения 6-го и 7-го уровней делается вывод: неорганические и органические процессы имеют единую природу, составляют химическую форму движения материи и подчиняются общим законам и теориям Системное применение знаний о реакции достигается при разносторонней характеристике конкретных химических реакций на основе анализа их уравнений

Содержание слайда: Благодарю за внимание!