Дидактическая система работы учителя по теме "Явление периодичности химических элементов в курсе химии 7-11 классов"

Дидактическая система работы по теме

«Явление периодичности химических элементов

в курсе химии 7-11 классов».

Автор: Зайцева Татьяна Александровна,

 учитель химии Шолоховской средней школы

Красносельского района

2005 год

План:

I.                   Введение – актуальность темы в курсе

II.                Теоретическая часть

1.     Место темы в курсе химии.

2.     Разработанность в методической литературе.

3.     Значимость темы с точки зрения автора.

III.             Технология работы

1.     Цели по возрастным уровням (7, 8, 9, 11 классы).

2.     Отбор содержания по цели.

3.     Основные контрольные и проверочные работы.

IV.            Итоги работы по теме

1.     Статистические  данные.

2.     Заключение.

V.               Приложения.

VI.            Литература.

I.  Актуальность темы в курсе химии

«Вероятно, это самый компактный и полный значения сгусток знаний, когда-либо изобретённый человеком», - такая оценка менделеевского учения о периодичности принадлежит отнюдь не химику, а выдающемуся американскому астроному Х.  Шелли. Его соотечественник, президент Американского химического общества в начале 1930-ых гг., У. Макферсон спросил однажды своего бывшего студента, ставшего в последствии литературоведом: «Что полезного он вынес из курса химии?» Тот ответил, что основной идеей, которая помогла ему самому разработать собственную жизненную философию, была идея периодического закона, потому что при изучении сущности и приложений этого закона он обнаружил несомненное свидетельство порядка во Вселенной…

Крупный русский химик С.А. Щукарёв (1893-1984) почти всю свою деятельность посвятил изучению проблем периодичности. Незадолго до кончины он писал: «Постижение полного смысла Системы элементов представляет собой задачу бездонной глубины, к решению которой человек будет вечно стремиться как к одной из недосягаемых и непостигаемых до конца истин». Маститый исследователь, он любил говорить и писать образно и красиво… Эта эмоциональная фраза воспринимается скорее сердцем; трезвое же размышление приводит к выводу, что ныне едва ли следует ожидать каких-либо неожиданных глубоких «откровений» в области учения о периодичности.

Мысль о том, что материальный мир должен состоять из отдельных «элементов», которые не могут быть разделены на более простые частицы, была высказана ещё греческими философами. Поиски взаимосвязей между элементами и попытки на систематизации занимали учёных многих поколений. Англичанин Р. Бойль (около 1660) ставил вопрос об естественной расстановке элементов, и на основании научных исследований античная концепция элемента сильно пошатнулась. Английский учёный Дальтон в 1803 г обнаружил, что отношение масс элементов в химическом соединении соответствует отношению масс атомов. Таким образом, массы атомов стали очевидными основными константами. Определение атомных весов осталось важнейшей задачей на протяжении многих десятилетий XIX века и много заслуг в этой области имеют Берцелиус, Мариньяк и Стас. Большой вклад в создании научной естественной классификации элементов внесли немецкий химик Деберейнер («Триады»), француз де Шанкуртуа («земной винт»), Л. Мейер (зависимость атомных объёмов от атомных масс). Д.И. Менделеев показал, что его система отчётливо выражает периодичность многочисленных химических и физических свойств элементов.

Среди химических свойств можно назвать валентность элемента, сродство к кислороду, устойчивость карбонатов и сульфатов, склонность к образованию гибридов, металлический или неметаллический характер, способность к образованию ионных кристаллов, тенденция к комплексообразованию.

Среди физических свойств периодичность особенно заметна по отношению к температурам плавления, молярным объёмам, сжимаемости, магнитной восприимчивости, потенциалом ионизации.

Таким образом, изучив в полном объёме явление периодичности в школьном курсе, мы вооружим наших выпускников умением путём анализа описать свойства любого элемента и его соединений, совершенно им не известных на практике.

II. 1. Место темы в школьном курсе химии

Современный этап развития неорганической химии – продолжение той революции, которую в своё время вызвал в ней периодический закон. Основой химии остаётся периодическая система химических элементов, истолкованная в свежие учения о строении атомов.

Таков и замысел программы: неорганическая химия представлена в ней как учение о химических элементах, объединенных в систему, раскрываемую периодическим законом.

Здесь уместно привести замечания В.И. Ленина, сделанные им в «Философских тетрадях»: «Явление богаче закона – и поэтому закон, всякий закон, узок, неполон, приблизителен». Вся масштабность явления периодичности, разумеется, не может быть отражена кратким словесным выражением закона.

В.И. Ленин определил познания как переход от явления к сущности, - сначала сущности первого порядка, далее – сущности второго порядка и т.д. без конца. Так сложилась история химии, так строится и программа средней школы.

Теоретической основой курса химии для 7 класса является химическая атомистика, 8 класс рассматривает периодический закон, как величайшее обобщение химической атомистики, вершины сведений об атомах, добытых на её основе. Истолкование периодического закона в свете им же рождённой теории строения атомов приводит к смене химической атомистики («сущность первого порядка») новым этапом в раскрытии сущности материала («сущность второго порядка»).

В связи с этим курс неорганической химии делится на 3 этапа:

- в 7 классе учащиеся усваивают основные понятия химии, необходимые для понимания периодического закона;

- в 8 классе они уже знакомятся с периодическим законом, физический смысл которого здесь же рассматривается через теорию строения атома, после чего рассматриваются важнейшие соединения элементов;

- в 9 классе на основании строения атомов важнейших химических элементов учащиеся характеризуют свойства соединений, сравнивают их. Вершиной изучения явления периодичности является обобщение материала о строении атомов, строении веществ, их свойствах в 11 классе. Учащиеся объясняют философский смысл периодического закона, учатся прогнозировать свойства веществ.

II. 2. Разработанность темы в методической литературе

Поскольку данная тема занимает ведущее место в курсе химии, она достаточно глубоко разработана. Через весь курс проходит идея развития понятий: «химический элемент», «вещество»,  «химическая реакция», периодичность в строении и свойствах атомов, простых веществ и соединений. На конкретных примерах различных тем в пособиях раскрывается ведущая идея курса химии о зависимости свойств веществ от состава и строения.

Однако в разные годы существовал различный взгляд на время и методы введения этих понятий. Так, в методическом пособии Ю.В. Ходакова (1975 год издания) рекомендуется вводить понятие «валентность» в 8 классе при изучении темы «Кислород. Оксиды. Горение». После того, как учащиеся приобрели некоторый навык в составлении уравнений (при заданных или известных им формулах исходных и получающихся веществ), дальнейшее их продвижение в овладении химическим языком заключается в выводе формул, опираясь на валентность. Существует мнение, что первое знакомство с валентностью целесообразно включить в тему «Водород» после рассмотрения реакции получения водорода взаимодействием кислоты с металлом.   Безусловно, данные точки зрения имели место на существование, исходя из условий тех лет. В конце 90-х  на основании действующей типовой программы учителя вводили понятие «валентность» в первые же недели изучения химии в теме  «Первоначальные химические понятия» без обоснования этого понятия строением атома. Автор программы и учебника Гузей Л.С. вводит понятие «валентность», увязывая его с положением элемента  в системе химических элементов Д.И. Менделеева, и только в конце 8 класса подводит базу о строении атома.

С переходом на программу О.С.Габриеляна знакомство с понятием «валентность» сдвигается до 9 класса, когда учащиеся знакомятся с особенностями строения органических веществ. А механизм построения формулу вещества с первых шагов  в изучении теории базируется на понятии «степень окисления»

Габриелян О.С. считает, что вначале изучается причина явления, а затем и следствие, поэтому вводит в своем учебнике в главе 1 сведения о строении атомов химических элементов.

II. 3. Значимость темы с точки зрения автора

Учитывая актуальность изучения периодичности элементов в курсе химии, я искала свои подходы к решению данной проблемы. За последние годы сформировалась вполне обоснованная точка зрения на порядок, уровень сложности на каждом этапе и приёмы изучения отдельных элементов явления периодичности в курсе химии с 7 (пропедевтический) по 11 класс. Отдельные положения собственной концепции изложены в данной работе.

III. Технология работы

III. 1. Цели работы по возрастным уровням

Общая дидактическая цель курса: сформировать знание  особенностей строения атомов различных элементов, научить определять свойства элементов, простых веществ и соединений, исходя из положения химических элементов в системе.

Данная общая цель раскладывается по возрастным уровням по классам следующим образом:

Тема	Цель
7 класс
1. Химический «алфавит». Знаки химических элементов.	Знать 30 знаков важнейших химических элементов. Уметь писать их, соотнося с русским названием элемента, уметь находить знаки элементов в периодической системе.
2. Основы строения атома, электронная оболочка.	Знать структура ядра, соотносить её с порядковым номером, массовым числом. Уметь распределять электроны по электронным слоям, на основании чего делать вывод о свойствах элемента.
3.Степень окисления. Составление формул бинарных соединений.	Знать понятие степени окисления. Уметь определять степень окисления металла и неметалла по номеру группы, составлять механизм образования иона. Уметь составлять формулы бинарных соединений по степени окисления и давать им названия.
8 класс
1. Химическая связь, её типы. Электроотрицательность элементов.	Уметь связывать строение вещества с электроотрицательностью элементов, образующих его.
2. Генетическая связь неорганических соединений.	Знать основные классы неорганических соединений, уметь объяснять их характер (основный, кислотный) в соответствии с характером элемента, возглавляющего генетический ряд.
9 класс
1. Периодический закон. Периодическая система химических элементов. Окислительно-восстановительные реакции.	Знать строение периодической системы и основные закономерности расположения элементов в системе, особенности строения атомов элементов I-III периодов. Уметь давать общую характеристику химических элементов по положению в системе, составлять формулы важнейших соединений их, указывать их характер. Иметь представления о явлении амфотерности. Уметь экспериментально доказать амфотерный характер гидроксидов. Знать роль элементов в окислительно-восстановительных реакциях, уметь подбирать коэффициенты в химическом уравнении методом электронного баланса.
2. Металлы: их положение в периодической системе, общая характеристика.	Знать особенности положения металлов в системе, особенности строения атомов. Уметь объяснять различия в свойствах металлов и их важнейших соединений, объяснять роль металлов в окислительно-восстановительных реакциях.
3. Галогены: положение элементов VII А группы в периодической системе → особенности строения атомов → свойства элементов → свойства типичных соединений.	Знать особенности строения атомов (общие черты и различия) исходя из положения их в периодической системе, уметь выстраивать различные оксиды и соответствующие им гидроксиды, сравнивать их характер на основе электронной и электронно-графической формулы галогена.
3. Подгруппа кислорода: положение элементов VI А группы в системе → строение атомов элементов → свойства элементов → свойства простых веществ и соединений.	Знать положение элементов VI А группы в системе, строение атомов. Уметь на основании особенностей строения сравнивать свойства элементов. Уметь прогнозировать свойства соединений исходя из свойств элементов. Знать роль серной кислоты, сероводорода в окислительно-восстановительных реакциях, уметь объяснять её с точки зрения строения атомов.
4. Подгруппа азота: общая характеристика элементов V А группы, свойства элементов → свойства соединений.	Знать особенности строения атомов элементов  V А группы. Уметь сравнивать свойства элементов, прогнозировать свойства важнейших соединений. Знать строение молекул и важнейшие свойства аммиака, азотной кислоты, уметь объяснять их роль в окислительно-восстановительных реакциях. Уметь сравнивать строение и свойства азотной и фосфорной кислот.
5. Подгруппа углерода: положение в периодической системе элементов IV А группы, их сравнительная характеристика.	Знать особенности строения атома углерода, его валентные возможности в зависимости от состояния электронов атоме. Уметь строить графические электронные формулы атомов, объяснять возникающие валентности. Знать важнейшие свойства оксидов углерода и кремния, угольной и кремневой кислот, объяснять различия в их свойствах.
6. Органические вещества – соединения углерода	Знать основные положения теории химического строения органических веществ, уметь применять знания положений при построении структурных формул органических веществ, уметь строить формулы гомологов и изомеров.
11 класс
1. Периодический закон и периодическая система на основе учения о строении атома. Особенности строения атомов больших периодов. s-, p-, d- f-элементы. Реальная валентность атомов и их валентные возможности.	Знать современную трактовку периодического закона, уметь разъяснять смысл периодического закона и периодической системы, раскрывая идею материального единства химических элементов и веществ, переход количественных изменений в качественные. Уметь доказывать, что строгая периодичность расположения элементов в периодической системе полностью объясняется последовательным характером заполнения энергетических уровней электронами. Уметь на примере любого s-, p-, d-элемента периодической системы прокомментировать валентные возможности атома.

III. 2. Отбор содержания по цели

Для реализации поставленных целей применяются различные методы, приёмы, формы проведения уроков.

7 класс. В 7 классе химия изучается 1 час в неделю, задачей пропедевтического курса является знакомство с предметом и освоение первоначальных химических понятий. Знакомство с явлением периодичности я провожу следующим образом.

F                                                                                                   Неметаллы              Металлы   Fr

  Все элементы в системе делятся  на металлы и неметаллы. Элементы, расположенные близ фтора (самого активного из неметаллов) обладают неметаллическими свойствами. Франций – самый активный металл и элементы, стоящие ближе к нему обладают металлическими свойствами. Итак, если рассмотреть систему элементов, как прямоугольник, в правом верхнем углу мы увидим неметаллы, в левом нижнем – металлы. Бинарные соединения состоят из двух элементов: элемент, стоящий на первом месте – металл (или играет его роль), элемент на втором месте – неметалл. Для металла валентность численно равна номеру группы, для неметалла – (VIII – № группы).

Чтобы выяснить какой из элементов какую роль выполняет, определим их положение в системе.

Например, сера и углерод. Ближе к фтору в системе располагается сера, следовательно, сера – неметалл, а углерод играет роль металла. Формула соединения CS₂. Такое соединение называется сульфид углерода (латинский корень второго элемента + суффикс  -ид, русское название первого элемента).

Таким образом, семиклассники могут определить степень окисления любого элемента, стоящего в главной подгруппе, независимо от роли в молекуле вещества, построить формулу по степени окисления, назвать вещество. Применение данного приёма эффективнее, с моей точки зрения,  стандартного подхода: 1) ученики не заучивают механически степени окисления нескольких десятков элементов; 2) постоянно работая системой химических элементов, семиклассники быстрее запоминают расположение элементов.

8 класс. В 8 классе происходит сдвиг изучаемых разделов, это позволяет мне в IV четверти основательно рассмотреть с восьмиклассниками тему «Электролитическая диссоциация». Знакомство с окислительно-восстановительными реакциями переношу на самое начало 9 класса.

При отработке темы «Генетическая связь неорганических соединений» эффективным считается проведение различных по форме тренировочных упражнений. Одной из таких форм я считаю игру. В различные годы я проводила соревнования в конце изучения этой темы как во время урока, так и во внеклассной работе. В текущем учебном году была проведена игра «Счастливый случай» с включением в команду родителей.

9 класс. Сквозной темой курса 9 класса является детальное изучение свойств групп элементов. Я провожу это изучение по одному и тому же плану, что позволяет учащимся быстрее усвоить алгоритм (для учащихся базового уровня) или определить роль того или иного соединения элемента с различными степенями окисления (для учащихся, изучающих химию углублённо). Именно на материале 9 класса применяю модульно-рейтинговую систему. Благодаря этому каждый ученик погружается в тему на доступную ему глубину.

Один из приёмов, помогающих учащимся разобраться в окислительно-восстановительном процессе, является построение числовой оси. Разберём на примере с серой. На числовую ось нанесём возможные степени окисления серы.

	_   nē                          +nē       +nē      -nē

 

Какую роль может выполнять в реакции сероводород? Сернистая кислота? Серная кислота?

1)    Сероводород может быть только восстановителем

2)    Сернистая кислота и сера  – и окислителем, и восстановителем

3)    Серная кислота – только окислителем

 В 9 классе считаю целесообразным дать ученикам на вооружение умение строить электронно-графическую формулу на примере сначала фтора и хлора, затем кислорода и серы, затем углерода, что позволяет девятиклассникам освоить понятие валентные возможности атома в спокойном и возбуждённом состоянии.

В спокойном состоянии  С

   n = 2            s               p                   B = II

↑↓

↑

↑

В возбуждённом состоянии  С*

   n = 2            s               p                   B = IV

↑

↑

↑

↑

В 9 классе в конце года, когда знания о связи свойств веществ и строения должны быть сформированы, я практикую проведение семинарского занятия «Круговорот элементов в природе», на котором учащиеся учатся применять теоретические знания о строении и свойствах атомов для объяснения природных явлений. План семинарского занятия приводится в приложении.

11 класс. Особенностью содержания курса химии в 11 классе я считаю то, что большинство выпускников нацелены на поступление  в вузы, колледжи, а, следовательно, необходимо научить их самостоятельным формам работы: лекции, семинарские занятия; обсуждение, поиск в решении проблемной ситуации, химический практикум.

Проблемные вопросы могут быть следующие:

1.                     Почему нельзя сушить сероводород, пропуская его через серную кислоту?

2.                     Может ли фтор быть семивалентным?

3.                     Как изменяются кислотно-основные свойства водородных соединений неметаллов II и III периодов.

4.                     При очистке сточных вод от сероводорода в последнее время используют озон:  H₂S + O₃ → S + H₂O

                                            H₂S + O₃ → H₂SO₄

Какая из двух реакций преобладает при избытке озона? Почему?

5.                     Назовите металл М и два сложных вещества А и В, если известно следующее:

 - гидроксид М растворяется и в растворе вещества А, и в растворе вещества В;

 - гидроксид М не растворяется в растворе, полученном при сливании           растворов веществ А и В.

Составьте необходимые уравнения реакций.

Такие вопросы, поставленные на семинарском занятии, позволяют учащимся увязать полученные теоретические знания с экологией, учат на практике применять полученные знания.

III. 3. Основные контрольные и проверочные работы

Для контроля полученных знаний по каждому классу по целям составлены тематические  контрольные работы, учитывающие различный уровень мышления учащихся.

Варианты контрольных работ прилагаются.

IV. 1. Итоги работы по теме

Над проблемой изучения явления периодичности химических свойств я работаю четвертый год,  за последние два года можно проследить результаты итоговой контрольной работы

	7 класс	8 класс	9 класс	11 класс
Количество детей, писавших работу	29	34	30	18
Справились с работой	25	30	27	15
% успешности	86	88	90	84

Итоги работы позволяют надеяться учителю, что он идёт в верном направлении, хотя, безусловно, у каждого моего коллеги есть свой план, свои версии преподавания, и каждый будет прав, потому что, сколько людей, столько и мнений.

IV. 2. Заключение

В качестве заключения хочется привести слова автора периодического закона Д.И. Менделеева: «… периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройку и развитие обещает». В том, что он не ошибся, мы убеждаемся сегодня, когда выпускникам в домашней работе предлагают предсказать свойства элемента «экартути» с порядковым номером 112, которого ещё нет в системе химических элементов, и они предсказывают.

V. Приложения

1. Разработка внеклассного мероприятия совместно с родителями – интеллектуальная игра «Счастливый случай». Путешествие в мире веществ.  8 класс.

2. План семинарского занятия в 9 классе «Круговорот элементов в природе».

3. Контрольные работы

7 класс 1. Химический элемент, вещество. (III уровня)

             2. Валентность.

             3. Уравнения реакций.

8 класс  Вода. Растворы. Основания. (II уровня)

9 класс  Подгруппа азота. (II уровня)

11 класс Периодический закон. Строение вещества.

VI. Использованная литература:

1.                     Трифонов Д.Н. Учение о периодичности на рубеже столетий. Газета «Химия» Приложение к «1 сентября», № 5, 1998 г.

2.                     Ширмер В., Таппе Э. Значение периодической системы элементов для современной химии, М., 1970 г.

3.                     Иванова Р.Г., Черкасова Н.М. Изучение химии в 7-8 классах, М., Просвещение, 1985.

4.                     Ходаков Ю.В. и др. Преподавание неорганической химии в средней школе. Методическое пособие для учителей, М., Просвещение, 1975.

5.                     Зуева М.В. Обучение химии в 9 классе. Пособие для учителя, М., Просвещение, 1990.

6.                     Гузей Л.С., Сорокин В.В., Суровцева Р.П. Химия: 8 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений, М., Дрофа, 1996.

7.                     Габриелян О.С. Химия: 8 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений, М., Дрофа, 1997.

8.                     Химия. Программа для средней общеобразовательной школы, М., Просвещение, 1993.

9.                     Кузьменко Н.Е., Еремин В.В., Попков В.А. Начала химии. Современный курс для поступающих в вузы. 1 том, М., 1 Федеральная книготорговая копания, 1997.

10.                Габриелян О.С. Программа по химии 8-9, 10-11 классы. 2004 год

11.                Новикова Н.П. Попробуйте так. «Химия в школе», № 3, 1993.

12.                Журин А.Н. Общая химия. 11 класс. Рабочая тетрадь, М., 1996.

13.                Радецкий М.М., Горшкова В.Г., Кругликова Л.Н. Проверочные работы по химии. «Химия в школе», № 2, 1993.

14.                Гара Н.Н., Зуева М.В. Контрольные и проверочные работы по химии, М., Дрофа, 1997.

Краткое описание документа:

«Вероятно, это самый компактный и полный значения сгусток знаний, когда-либо изобретённый человеком», - такая оценка менделеевского учения о периодичности принадлежит отнюдь не химику, а выдающемуся американскому астроному Х. Шелли. Его соотечественник, президент Американского химического общества в начале 1930-ых гг., У. Макферсон спросил однажды своего бывшего студента, ставшего в последствии литературоведом: «Что полезного он вынес из курса химии?» Тот ответил, что основной идеей, которая помогла ему самому разработать собственную жизненную философию, была идея периодического закона, потому что при изучении сущности и приложений этого закона он обнаружил несомненное свидетельство порядка во Вселенной…