Методы, способы и приемы реализации межпредметных связей химии с физикой и математикой при формировании метапредметных универсальных учебных действий школьников

Автор: Булакбаева Гульнар Рахметовна

Организация: МОУ Дербишевская СОШ

Населенный пункт: Челябинская область, д. Дербишева

При разработке методики формирования УУД в условиях реализации МПС химии с физикой и математикой мы учитывали, что все предметы вносят вклад в формирование УУД на ступени основного общего образования. Необходимо осуществлять их проектирование в рабочих программах по всем предметам, только в этом случае у выпускников основной школы будут сформированы личностные, регулятивные, познавательные и коммуникативные универсальные учебные действия как основа умения учиться.

Анализ литературы позволил нам определить и выделить отдельные операции, составляющие метапредметные УУД на двух уровнях, которые необходимо формировать при изучении химии, физики и математики:

Регулятивные универсальные учебные действия

Выпускник научится:

  • принимать и сохранять учебную задачу;
  • учитывать выделенные учителем ориентиры действия в новом учебном материале в сотрудничестве с учителем;
  • планировать свои действия в соответствии с поставленной задачей и условиями её реализации, в том числе во внутреннем плане;
  • учитывать установленные правила в планировании и контроле способа решения;
  • осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату;
  • оценивать правильность выполнения действия на уровне адекватной ретроспективной оценки соответствия результатов требованиям данной задачи и задачной области;
  • адекватно воспринимать предложения и оценку учителей, товарищей, родителей и других людей;
  • различать способ и результат действия;
  • вносить необходимые коррективы в действие после его завершения на основе его оценки и учёта характера сделанных ошибок, использовать предложения и оценки для создания нового, более совершенного результата, использовать запись (фиксацию) в цифровой форме хода и результатов решения задачи, собственной звучащей речи на русском, родном и иностранном языках.

Выпускник получит возможность научиться:

  • в сотрудничестве с учителем ставить новые учебные задачи;
  • преобразовывать практическую задачу в познавательную;
  • проявлять познавательную инициативу в учебном сотрудничестве;
  • самостоятельно учитывать выделенные учителем ориентиры действия в новом учебном материале;
  • осуществлять констатирующий и предвосхищающий контроль по результату и по способу действия, актуальный контроль на уровне произвольного внимания;
  • самостоятельно адекватно оценивать правильность выполнения действия и вносить необходимые коррективы в исполнение как по ходу его реализации, так и в конце действия.

Познавательные универсальные учебные действия

Выпускник научится:

  • осуществлять поиск необходимой информации для выполнения учебных заданий с использованием учебной литературы, энциклопедий, справочников (включая электронные, цифровые), в открытом информационном пространстве, в том числе контролируемом пространстве Интернета;
  • осуществлять запись (фиксацию) выборочной информации об окружающем мире и о себе самом, в том числе с помощью инструментов ИКТ;
  • использовать знаково-символические средства, в том числе модели (включая виртуальные) и схемы (включая концептуальные) для решения задач;
  • строить сообщения в устной и письменной форме;
  • ориентироваться на разнообразие способов решения задач;
  • основам смыслового восприятия познавательных текстов, выделять существенную информацию из сообщений разных видов (в первую очередь текстов);
  • осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков;
  • осуществлять синтез как составление целого из частей;
  • проводить сравнение и классификацию по заданным критериям;
  • устанавливать причинно-следственные связи в изучаемом круге явлений;
  • строить рассуждения в форме связи простых суждений об объекте, его строении, свойствах и связях;
  • обобщать, т. е. осуществлять генерализацию и выведение общности для целого ряда или класса единичных объектов на основе выделения сущностной связи;
  • осуществлять подведение под понятие на основе распознавания объектов, выделения существенных признаков и их синтеза;
  • устанавливать аналогии;
  • владеть рядом общих приёмов решения задач.

Выпускник получит возможность научиться:

  • осуществлять расширенный поиск информации с использованием ресурсов библиотек и Интернета;
  • записывать, фиксировать информацию об окружающем мире с помощью инструментов ИКТ;
  • создавать и преобразовывать модели и схемы для решения задач;
  • осознанно и произвольно строить сообщения в устной и письменной форме;
  • осуществлять выбор наиболее эффективных способов решения задач в зависимости от конкретных условий;
  • осуществлять синтез как составление целого из частей, самостоятельно достраивая и восполняя недостающие компоненты;
  • осуществлять сравнение, классификацию, самостоятельно выбирая основания и критерии для указанных логических операций;
  • строить логическое рассуждение, включающее установление причинно-следственных связей;
  • произвольно и осознанно владеть общими приёмами решения задач.

Коммуникативные универсальные учебные действия

Выпускник научится:

  • адекватно использовать коммуникативные, прежде всего речевые, средства для решения различных коммуникативных задач, строить монологическое высказывание (в том числе сопровождая его аудиовизуальной поддержкой), владеть диалогической формой коммуникации, используя в том числе средства и инструменты ИКТ и дистанционного общения;
  • допускать возможность существования у людей различных точек зрения, в том числе не совпадающих с его собственной, и ориентироваться на позицию партнёра в общении и взаимодействии;
  • учитывать разные мнения и стремиться к координации различных позиций в сотрудничестве;
  • формулировать собственное мнение и позицию;
  • договариваться и приходить к общему решению в совместной деятельности, в том числе в ситуации столкновения интересов;
  • строить понятные для партнёра высказывания, учитывающие, что партнёр знает и видит, а что нет;
  • задавать вопросы;
  • контролировать действия партнёра;
  • использовать речь для регуляции своего действия;
  • адекватно использовать речевые средства для решения различных коммуникативных задач, строить монологическое высказывание, владеть диалогической формой речи.

Выпускник получит возможность научиться:

  • учитывать и координировать в сотрудничестве позиции других людей, отличные от собственной;
  • учитывать разные мнения и интересы и обосновывать собственную позицию;
  • понимать относительность мнений и подходов к решению проблемы;
  • аргументировать свою позицию и координировать её с позициями партнёров в сотрудничестве при выработке общего решения в совместной деятельности;
  • продуктивно содействовать разрешению конфликтов на основе учёта интересов и позиций всех участников;
  • с учётом целей коммуникации достаточно точно, последовательно и полно передавать партнёру необходимую информацию как ориентир для построения действия;
  • задавать вопросы, необходимые для организации собственной деятельности и сотрудничества с партнёром;
  • осуществлять взаимный контроль и оказывать в сотрудничестве необходимую взаимопомощь;
  • адекватно использовать речь для планирования и регуляции своей деятельности;
  • адекватно использовать речевые средства для эффективного решения разнообразных коммуникативных задач.

 

При отборе приемов, способов и форм реализации МПС мы исходили из положений о том, что история взаимодействия химии и физики полна примеров обоюдного обмена идеями, объектами и методами исследования. На разных этапах своего развития физика «снабжала» химию понятиями и теоретическими концепциями, оказавшими сильное воздействие на развитие химии. При этом чем больше усложнялись химические исследования, тем больше аппаратуры и методов физических расчетов проникало в химию. Развитие современной науки подтвердило глубокую связь между физикой и химией. Они связаны между собой по происхождению. Связь эта носит генетический характер, т.е. образование атомов химических элементов, соединение их в молекулы вещества произошло на определенном этапе развития неорганического мира. Также эта связь основывается на общности строения конкретных видов материи, в том числе и молекул веществ, состоящих в конечном итоге из одних и тех же химических элементов, атомов и элементарных частиц. Химические процессы базируются на электромагнитном взаимодействии, изучаемом физикой. На основе периодического закона ныне осуществляется прогресс не только в химии, но и в ядерной физике, на стыке которых возникли химия изотопов и радиационная химия.

Физика и химия практически изучают одни и те же объекты, но только каждая наука видит в этих объектах свой предмет исследования. Так, молекула является объектом, изучаемым не только химией, но и молекулярной физикой. Химия изучает ее с точки зрения закономерностей образования, состава, химических свойств, связей, условий ее диссоциации на составляющие атомы. Молекулярная физика изучает поведение масс молекул, обусловливающее тепловые явления, различные агрегатные состояния, переходы из газообразной в жидкую и твердую фазу и обратно,– свойства, не связанные с изменением состава молекул и их внутреннего химического строения.

С возникновением теории относительности, квантовой механики и учения об элементарных частицах раскрылись еще более глубокие связи между физикой и химией. Оказалось, что ключ к объяснению свойств химических соединений, самого механизма превращения веществ лежит в строении атомов, в квантово-механических процессах его элементарных частиц и особенно электронов его внешней оболочки. Именно новейшая физика блестяще решила такие вопросы химии, как природа химической связи, особенности химического строения молекул органических и неорганических соединений и т.д.

На стыке физики и химии возникла и успешно развивается физическая химия – сравнительно молодое направление, которое оформилась в конце XIX в. в результате успешных попыток количественного изучения физических свойств химических веществ и смесей, теоретического объяснения молекулярных структур. Экспериментальной и теоретической базой для этого послужили работы Д.И. Менделеева (открытие периодического закона), Я. Вант-Гоффа (термодинамика химических процессов), С.Аррениуса (теория электролитической диссоциации) и т.д. Предметом ее изучения стали общетеоретические вопросы, касающиеся строения и свойств молекул химических соединений, процессов превращения вещества в связи с взаимной обусловленностью их физическими свойствами, условия протекания химических реакций и совершающиеся при этом физические явления.

В первой половине XX в. на стыке химии и новых разделов физики (квантовой механики, электронной теории атомов и молекул) возникает пограничная наука, которую стали называть химической физикой. Она широко применила теоретические и экспериментальные методы новейшей физики к исследованию строения химических элементов и соединений, а также к изучению механизма химических реакций. Химическая физика изучает взаимосвязь и взаимопереход химической и субатомной форм движения материи.

Внутри физической химии к настоящему времени выделились и вполне сложились в качестве самостоятельных разделов, обладающих своими особыми методами и объектами исследования, электрохимия, учение о растворах, фотохимия, кристаллохимия. В начале XX в. в самостоятельную науку выделилась также выросшая в недрах физической химии коллоидная химия. Со второй половины XX в. в связи с интенсивной разработкой проблем ядерной энергетики возникла и получила большое развитие новейшая отрасль физической химии – химия высоких энергий: радиационная химия, изучающая реакции, протекающие под действием ионизирующего излучения, и химия изотопов.

Вообще физическая химия сейчас рассматривается как наиболее широкий общетеоретический фундамент всей химической науки. Многие ее теории имеют большое значение для развития как неорганической, так и органической химии. С возникновением физической химии изучение вещества стало осуществляться не только традиционными химическими методами исследования, не только с точки зрения его состава и свойств, но и со стороны структуры, термодинамики и кинетики химического процесса. Также во внимание стали браться связи и зависимости химического процесса от воздействия явлений, присущих другим формам движения материи (светового и радиационного облучения, светового и теплового воздействий и т.д.).

Мы разделяем мнение высказанное в работах А.В. Усовой [54], что могут быть выделены следующие основные направления осуществления межпредметных связей химии и физики в процессе при формировании метапредметных УУД. При формировании познавательных УУД мы использовали следующие приемы:

1) Рассмотрение одних и тех же объектов. Химия и физика изучают много общих объектов, но с разных сторон и в разных аспектах. К главным из них относят вещество, его строение и свойства.

2) Формирование фундаментальных, общих для химии и физики понятий. Сопоставление систем понятий в курсах химии и физики показывает, что общими для этих предметов являются понятия об атомах и молекулах, об энергии и её видах и др. При разработке тематического и поурочного планировании мы совместно с учителями физики и математики рассматривали возможности реализации МПС для формирования познавательных УУД. При этом обсуждали следующие вопросы:

  • Как обеспечить единство интерпретации понятий и преемственность в их развитии при изучении химии, физики?
  • Как и где будут раскрываться новые для учащихся признаки понятий и их связи с другими понятиями? Какие учебные умения необходимо формировать параллельно с формированием понятий?
  • Как обучать школьников умению оперировать понятием в учебно-познавательной деятельности?

Опережающее изучение физики создает условия для значительного повышения эффективности содержательных связей, для осознания учащимися взаимосвязи наук, изучающих природу.

Так, при рассмотрении системного строения вещества, в курсе физики VII класса, и затем в курсе химии VIII класса, выделении его иерархических ступеней, сопоставляются уровни организации вещества, изучаемые в физике, химии, биологии, астрономии. Такое рассмотрение иерархии материальных систем формирует у учащихся целостное представление об окружающем мире. При объяснении химических явлений привлекаются знания о строении и свойствах атомов, ионов и молекул, полученные в курсе физики VII класса. Это позволяет даже в VIII-м классе значительно сократить время на изучения основных положений атомно-молекулярного учения и использовать это время для рассмотрения различных природных явлений.

К концу первой четверти VIII-го класса учащиеся овладевают понятием "атомно-молекулярное строение вещества" в широком теоретическом плане: восьмиклассники имеют представление об атоме как частице, состоящей их положительного заряженного ядра и окружающих ядро отрицательно заряженных электронах, число которых, равно заряду ядра атома; о структуре молекулы, как системы состоящей из нескольких атомов, а также об ионах. Могут объяснять механические и тепловые свойства вещества в различных агрегатных состояниях особенностями их строения, давать качественную и количественную характеристику веществ по их химическим формулам. У школьников накапливается факторологический материал о различных веществах и их свойствах, применении веществ в быту и промышленности, участии различных веществ в природных процессах.

Важным является убеждение школьников в том, что не только неживые физические тела и химические вещества имеют атомно-молекулярное строение, но и в состав цитоплазмы клеток входят аналогичные вещества. Это формирует убеждение о единстве веществ живой и неживой природы и их взаимосвязи.

3) Изучение общих для химии и физики законов и теорий. Общими для химии и физики являются такие фундаментальные законы как закон сохранения и превращения энергии, закон сохранения массы веществ, периодический закон, закон сохранения электрических зарядов, законы электролиза и др. При изучении химии и физики учащиеся знакомятся с рядом теорий, к числу важнейших из которых принадлежат атомно-молекулярное учение, теория строения атома, теория строения вещества, теория электролитической диссоциации и др. Для формирования познавательных УУД учащимся важно усвоить структуру деятельности по освоению основных элементов научных знаний, законов, теорий, явлений. При этом мы опирались идеи реализации межпредметных связей неорганической химии и физики при изучении общих для этих предметов объектов, понятий, законов и теорий обоснован в работах Е.Я. Аршанского, А.А. Макарени, А.Э. Мациевского, Е.Е. Минченкова, Л.М. Тукмачева, Д.А. Эпштейна А.В.Усовой, М.Ж. Симоновой и др [54,63]. Возможности осуществления данных направлений межпредметных связей в процессе преподавания органической химии во взаимосвязи с физикой изложены в трудах Л.З. Дюсюповой и Г.Н. Осокиной. При изучении законов мы использовали обобщенный план изучения законов, предлагаемый А.В. Усовой.

План деятельности при изучении законов.

1. Связь между какими явлениями (процессами) или величинами выражает закон.

2. Формулировка закона.

3. Математическое выражение закона (формула, выражающая связь между величинами).

4. Опыты, на основе которых был открыт и сформулирован закон, или опыты, подтверждающие справедливость закона (если он был сформулирован как след­ствие из теории).

5. Использование закона на практике.

6. Границы применимости закона.

 

Вопросы плана выражают основные требования к изучению законов и структуру деятельности, умением выполнять которую должен овладеть обучаемый. Поэтому он может быть использован обучающимися и в целях самоконтроля за ходом и результатами самостоятельной работы. В тоже время он может служить планом построения ответов на практических занятиях и экзаменах, что помогает сделать ответы логически последовательными, целенаправленными, четкими – ответами по существу вопроса. План помогает более четко выделить существенное, главное в изучаемом материале, акцентировать на этом внимание учащихся и способствует формированию не только познавательных, но и регулятивных и коммуникативных УУД.

4) Применение физических величин на уроках химии. При решении задач по химии широко используются физические величины и единицы их измерения – необходимо согласованное их использование. При организации такой работы мы опирались на положения представленные в работах П.А. Глориозова, Р.Г. Ивановой, а также А.С. Тихонова и Д.И. Мычко , М.Д. Даммер, А.В. Усовой, М.Ж.Симоновой. При и изучении физических величин важно ответить с учащимися на следующие вопросы:

1. Какое свойство тел (вещества) характеризует данная величина?

2. Как сформулировать определение величины?

3. Каковы специфические свойства этой величины: какая это величина: основная или производная, векторная или скалярная?

4. Какова определительная формула?

5. В каких единицах данная величина измеряется?

6. Какие способы измерения величины существуют?

Решение задач и работа с данным планом позволяют формировать у школьников такие действия как: принимать и сохранять учебную задачу; учитывать выделенные учителем ориентиры действия в новом учебном материале в сотрудничестве с учителем и товарищами; планировать свои действия в соответствии с поставленной задачей и условиями её реализации, в том числе во внутреннем плане; учитывать установленные правила в планировании и контроле способа решения; осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату; оценивать правильность выполнения действия на уровне адекватной ретроспективной оценки соответствия результатов требованиям данной задачи и задачной области и способствует формированию регулятивных УУД. Этому же способствует и следующий прием.

5) Решение химических задач с опорой на знание физики. Методика решения таких задач представлена в работах Е.Я. Аршанского, О.В. Петунина, М.Ж. Симоновой, В.Я. Шевцова, Е.А. Шишкина, В.Н. Янцена, и др.

Например, при изучении закономерностей строения и свойств соединений неметаллов (IX класс, химия) можно использовать следующие задачи:

  1. В комнату с температурой 20°С под стеклянный колокол поставили два одинаковых стакана: один с дистиллированной водой, другой с концентрированной серной кислотой. Как и почему изменится температура в этих стаканах с течением времени? Какие еще изменения могут произойти? Обоснуйте свой ответ.
  2. Вы пролили йод на белую салфетку. Пытались вывести пятно с помощью отбеливателей: персоли, а затем хлорной извести, но неудачно – ни одно из этих средств не обесцветило пятно. Однако, через несколько дней пятно исчезло. Объясните причину исчезновения пятна

Кроме того, использование задач, требующих комплексного применения знаний, в процессе изучения химии позволяет научить школьников осуществлять перенос знаний из различных предметов, проводить дифференцировку сходных понятий, устанавливать связи между понятиями химии, физики и математики и показать необходимость знаний одной науки для изучения понятий другой.

При формировании регулятивных УУД очень важно сформировать у учащихся следующие операции: принимать и сохранять учебную задачу; планировать свои действия в соответствии с поставленной задачей и условиями её реализации; учитывать установленные правила в планировании и контроле способа решения; осуществлять итоговый и пошаговый контроль по результату; оценивать правильность выполнения действия на уровне адекватной ретроспективной оценки соответствия результатов требованиям данной задачи и задачной области; различать способ и результат действия; вносить необходимые коррективы в действие после его завершения на основе его оценки и учёта характера сделанных ошибок, использовать предложения и оценки для создания нового, более совершенного результата, использовать запись (фиксацию) в цифровой форме хода и результатов решения задачи, собственной звучащей речи на русском, родном и иностранном языках. Кроме того школьник получит возможность научиться: ставить новые учебные задачи; преобразовывать практическую задачу в познавательную; осуществлять констатирующий и предвосхищающий контроль по результату и по способу действия, актуальный контроль на уровне произвольного внимания; самостоятельно адекватно оценивать правильность выполнения действия и вносить необходимые коррективы в исполнение как по ходу его реализации, так и в конце действия.

Рассмотрим как мы реализуем данные действия на примере решения задачи расчета состава смесей по формулам. Смеси бывают двухкомпонентные и многокомпонентные. Среди приемов, которые будут рассмотрены, можно выделить, пригодные только для двухкомпонентных смесей и те, которые подходят для расчета состава смесей с любым количеством компонентов. Предлагаемые способы решения удобнее рассмотреть на конкретных примерах.

Задача 1. В каком объемном соотношении необходимо смешать водород и углекислый газ, чтобы получить газовую смесь по плотности равную воздуху. Предложите решение задачи разными способами.

СПОСОБ 1: Для решения можно использовать квадрат Пирса (правило креста). Как известно (закон Авогадро), равные количества вещества газов занимают равные объемы. Следовательно, если молярные массы газов равны, значит, равны и их плотности. Поэтому, нужно смешать водород и углекислый газ так, чтобы средняя молярная масса полученной газовой смеси была равна молярной массе воздуха (29 г/моль). Определив молярные массы H2 и СO2 , зная среднюю молярную массу воздуха, расставим их в виде треугольника:

H2 2

воздух 29

СO2 44

Найдем разницу в числах по диагонали 2–29= –27; 44–29=15. Отбросив минус, проставим их, в соответствии с диагональю, по которой они были определены 27 – напротив CO2; 15 – напротив H2:

H2 2 15

воздух 29

CO2 44 27

Соотношение 15:27 и будет ответом.

Ответ: Углекислый газ и водород необходимо смешать в объемном соотношении 27: 15.

СПОСОБ 2. Введем два неизвестных. Примем количество одного компонента за x, а второго – за y. Воспользуемся формулой ν=m/M и, преобразовав, получим Mсм= mсмсм. Помня, что m=m(H2) + m(CO2), а νсм=ν(H2) + ν(CO2) получим 29=(2х + 44y)/(x + y). Упростив, получим, что 27х=15y. Полученное соотношение говорит о том что, водород с углекислым газом необходимо смешать в молярном (объемном) соотношении 27:15, что подтверждает ответ, полученный при решении способом 1.

СПОСОБ 3. Примем количество одного из компонентов за 1 моль, а второго - за x. Данный способ позволяет рассчитать количество углекислого газа, требуемого на 1 моль водорода. Преобразования, описанные в Б варианте решения, позволяют получить следующее уравнение: 29=(2 + 44x)/1+x . => 29 + 29x= 2 + 44x => 27=15x . Полученное выражение означает, что водород с углекислым газом необходимо смешать в соотношении 27:15.

СПОСОБ 4. Примем общее количество реагентов за 1 моль, а первого компонента за Х, следовательно, количество второго компонента будет равно 1-x. Воспользовавшись формулой Δсм=mсм/Mсм, получим 1=(2х +44(1–x))/29, => 29=2x + 44 – 44x. Совершив необходимые преобразования, получим 42x=15 => x=15/42, а 1–x=27/42 => x/(1–x)=15/27. Полученный ответ подтверждает справедливость выбранного способа решения.

СПОСОБ 5. Решение задачи с использованием понятия “доля”. Можно воспользоваться следующим правилом: вклад выделенной величины X, характеризующей каждый компонент смеси, в суммарную величину, характеризующую всю смесь, пропорционален его доле (которую в общем виде можно обозначить как ɛ). Для смеси, состоящей из компонентов а, b, …,i, математически это правило можно выделить

следующим образом: X(a)• ɛ (a) + X(b) • ɛ (b) + … + X(i)• ɛ (i)= X(см). (13)

Исходя их определения доли, необходимо помнить, что сумма долей всех компонентов смеси равна 1 или 100% (в зависимости от способа выражения). Выбор вида доли (массовая, объемная, мольная) определяется анализом условия каждой конкретной задачи.

Для решения задачи данным методом нужно определить характеристику, о которой идет речь в задании - это молярная масса смеси и составляющих компонентов. Приняв мольную долю H2 за x, а CO2 - за (1-x) получим выражение 29=2x + 44(1-x). Преобразовав получим 42 x=15 => x=15/42; 1-x=27/42, а отношение x/(1-x)=15:27.

 

Для формирования познавательных УУД, мы считаем важным положение о том, что развитие познавательного интереса зависит от овладения учащимися обобщенными умениями поисковой деятельности и умениями осуществлять межпредметные связи. Осуществлять МПС возможно различными путями, способами и средствами, с помощью которых преподаватель создает условия для реализации взаимосвязанного, межпредметного обучения и соответствующим образом организует мыслительную деятельность учащихся.

Например, сопровождение каждой химической реакции механическим перемещением масс молекул реагентов, выделение или поглощение тепла за счет разрыва или образования связей в новых молекулах также убедительно свидетельствует о тесной связи химических и физических явлений. Так, энергетика химических процессов тесно связана с законами термодинамики. Химические реакции, протекающие с выделением энергии (обычно в виде тепла и света), называются экзотермическими реакциями. Существуют также эндотермические реакции, протекающие с поглощением энергии. Все сказанное не противоречит законам термодинамики: в случае горения энергия высвобождается одновременно с уменьшением внутренней энергии системы. В эндотермических реакциях идет повышение внутренней энергии системы за счет притока тепла. Измеряя количество энергии, выделяющейся при реакции (тепловой эффект химической реакции), можно судить об изменении внутренней энергии системы. Она измеряется в килоджоулях на моль (кДж/моль). Частным случаем первого начала термодинамики является закон Гесса. Он гласит, что тепловой эффект реакции зависит только от начального и конечного состояния вещества и не зависит от промежуточных стадий процесса. Закон Гесса позволяет вычислить тепловой эффект реакции в тех случаях, когда его непосредственное измерение почему-либо неосуществимо.

Пример 1. Рассчитать тепловой эффект реакции этерификации спирта.

http://www.nnre.ru/fizika/fizicheskaja_himija_konspekt_lekcii/_151.png

Пример 2. Рассчитать тепловой эффект реакции, протекающей по уравнению:

http://www.nnre.ru/fizika/fizicheskaja_himija_konspekt_lekcii/_152.png
http://www.nnre.ru/fizika/fizicheskaja_himija_konspekt_lekcii/_153.png

 

При формировании таких действий как поиск необходимой информации для выполнения учебных заданий с использованием учебной литературы, энциклопедий, справочников в открытом информационном пространстве, в том числе контролируемом пространстве Интернета; осуществление записи (фиксацию) выборочной информации об окружающем мире и о себе самом, в том числе с помощью инструментов ИКТ; осуществлять анализ объектов с выделением существенных и несущественных признаков можно использовать следующие пути установления МПС: информационно-рецептивный, репродуктивный, исследовательский и проблемный. Проблема реализации взаимосвязей между математикой и дисциплинами естественнонаучного, гуманитарного и экономического циклов решает глобальную задачу социализации личности, функциональной грамотности человека и его полноценного функционирования в современном быстро меняющемся мире.

Дадим им подробную характеристику, рассмотрим некоторые особенности их реализации при обучении химии и математике и направления совершенствования.

Любая информация может быть усвоена только в том случае, если она включается в систему ранее полученных знаний, а не является совершенно новой, неизвестной и несовместимой с предыдущим знанием. Для уточнения основных положений темы и включения их в уже сложившуюся систему знаний мы использовали дополнительные сведения из других дисциплин, осуществляя, таким образом, реализацию МПС через конкретизацию учебного материала с помощью элементов знаний других учебных предметов.

МПС информационного характера могут осуществляться разными способами. Например, при обращении к учебному материалу ранее изученных дисциплин преподаватель напоминает учащимся пройденный материал, использует его как фундамент, что позволяет не тратить время на пересказывание изученного. Так, при решении на занятиях прикладных задач, использующих изученный учебный материал математики важно напомнить формулы и повторить формулировки законов. Другим способом осуществления информационных связей является сообщение учебного материала смежной дисциплины. Это происходит, когда учащимся трудно восстановить в памяти положения, необходимые для раскрытия содержания учебного материала, или имеющиеся данные не соответствуют новым научным данным, или рассматриваемое явление изучалось ранее лишь частично. Сюда можно отнести справочные данные и необходимые для решения задачи формулы. Созданию положительного эмоционального фона способствуют иллюстрирование учебного материала: описание исторических событий, использование биографий выдающихся ученых, интересных научных фактов и т. п. Использование для иллюстрации элементов историзма повышает заинтересованность учащихся в изучении математики и химии, вносит в занятия элемент занимательности, демонстрирует происхождение понятий математики из реальной жизни. Это искусство открытия, когда учащимся не навязывается готовое решение, а они сами ищут его, знаменует собой деятельностный подход, связанный с активным усвоением изучаемого материала.

Репродуктивный путь является наиболее распространенным в общей системе обучения и широко используемым в преподавании математики. К числу репродуктивных способов относятся повторение, сравнение, закрепление, воспроизведение, применение, перенос и другие виды учебной деятельности. Для установления МПС преподаватель или сообщает новые сведения, или повторяет с ними пройденный материал других дисциплин. Повторение играет важную роль в построении смысловых ассоциаций между изученным материалом одной дисциплины и изучаемым в другой. Это дает возможность рассмотреть некоторые известные положения с разных сторон, помогает повысить самостоятельность и творческий потенциал учащихся, интерес к вопросу. Непосредственно в преподавании математики повторение учебного материала других дисциплин используется редко. Однако другие дисциплины очень часто повторяют пройденный математический материал. Например, в курсе химии при решении задач часто используется понятие «пропорция», изучаемое в курсе математики.

Одной из важнейших целей обучения является выработка умений применять полученные знания в различных видах учебной деятельности. Сформированные умения и навыки будут в данном случае выступать, с одной стороны, как результат обучения, а с другой – как способ достижения этого результата. МПС здесь играют особую роль. Применение знаний из других дисциплин свидетельствует о наличии этих знаний, прочности их усвоения, о сформированности умений и навыков обращения к знаниям других дисциплин и достигнутом результате применения как критерии обученности. Эти умения и навыки формируются через использование прикладных задач в практике преподавания математики. Обладая навыками в различных дисциплинах, преподаватель более корректно ставит формулировку задачи, учитывая смежные явления, законы в предметах.

МПС наиболее успешны, когда учащиеся самостоятельно применяют знания разных наук в учебной и практической деятельности. В этом случае особое значение приобретает отработка некоторых приемов переноса действий межпредметного свойства. В процессе формирования определенного навыка при изучении отдельной науки сложившиеся ассоциации могут быть перенесены на подобные виды деятельности при изучении других наук. Перенос межпредметного уровня может осуществляться только тогда, когда новые действия имеют достаточно общего с уже освоенными.

При осуществлении МПС значительная роль принадлежит творческому началу, поэтому в практике преподавания математики широко используется исследовательский путь. Основной его чертой является организация деятельности преподавателей и учащихся, обеспечивающая решение новых творческих задач при изучении программного материала. Учащиеся при этом совершают самостоятельные поисковые мыслительные операции, направленные на исследование неизвестного для них способа решения учебной задачи. Способами реализации исследовательского пути установления МПС могут быть поисковые самостоятельные работы: обработка данных научной литературы, творческие задания (доклады на конференциях, курсовые работы и т. п.), научные исследования и др.

Хорошие результаты в установлении МПС математики с другими дисциплинами достигаются при использовании проблемного обучения. Он значительно оживляет деятельность учащихся за счет повышения уровня самостоятельности, активности и творчества. При решении учебных проблем включаемый в их содержание межпредметный материал разнообразит способы учебной и обучающей деятельности, повышает качественный уровень учебного материала. Наиболее распространенным способом реализации проблемного пути установления МПС является использование проблемной ситуации, проблемного вопроса, проблемного задания или проблемной задачи.

Рассмотрим, как при изучении темы 8 класса “Количественные отношения в химии” решается следующая учебная программа в виде проблемы: “Истинно ли утверждение, что массовые отношения газов, находящихся в емкости, относятся 7:1, если емкость, содержащая 6,72 м3 газовой смеси, заполнена на 1/3 азотом и 2/3 водородом (по объему, н.у.)?”

Мышление начинается с появления проблемы, противоречия. Проблемная ситуация сигнализирует о недостаточности имеющихся у субъекта знаний для совершения познавательного акта. Возникновение условий, делающих необходимым привлечение знаний из других дисциплин, является одной из характерных черт проблемных ситуаций, которые возникают объективно, независимо от желания преподавателя и обусловлены закономерностями учебного процесса. При обучении математике проблемная ситуация межпредметного свойства возникает при решении прикладных задач на практических занятиях или создается преподавателем на занятии при изучении новой темы постановкой прикладной проблемы, через решение которой и осуществляется введение нового материала.

Более глубокий уровень интеграции – совместные (интегрированные) уроки, которые проводятся одновременно двумя или более учителями. На таких уроках возможно рассмотрение комплексных вопросов, которые по самой своей сути требуют привлечения знаний из разных предметов. Главное достоинство этих уроков заключается в том, что они ориентированы на формирование мировоззрения учащихся на основе комплексного подхода к определению их содержания. Также немаловажно и уменьшение при этом учебной нагрузки школьников, устранение повторений материалов в разных предметах. Возможны совместные уроки по следующим направлениям: - математика и химия, физика и химия, химия, физика и математика.

Межпредметные связи математики с химией имеют достаточно большие потенциальные возможности, основанные на математических моделях химических процессов. Кроме широко используемых в химии пропорций, процентных отношений и множества задач на смеси, решение задач с химическим содержанием предоставляет широкие возможности для построения математических моделей, использующих линейные уравнения, системы линейных уравнений, производную, интегралы, дифференциальные уравнения и т. д. Приведем несколько примеров таких моделей.

 

Пример 1. Масса смеси карбонатов калия и натрия равна 7,64 грамма. После превращения карбонатов в нитраты масса смеси увеличилась до 11,48 грамма. Определить количество карбоната калия в смеси.

Если через х обозначить количество граммов карбоната калия, то х удовлетворяет линейному уравнению:

х/138 + (7,64 – х)/106 = 0,06

Пример 2. Газовая смесь состоит из оксида азота (II) NO и кислорода O2. Найдите концентрацию O2, при которой содержащийся в смеси оксид азота (II) окисляется с наибольшей скоростью.

Скорость реакции 2NО + O2 = 2NO2 выражается формулой υ = Kx2y. Здесь х – концентрация NO (в процентах), у - концентрация O2 (в процентах), К –константа скорости.

Тогда у = 100 – х; и υ =Кх2 (100 – х), 0 ≤ х ≤ 100.

Наибольшая скорость реакции будет в том случае, когда υ '(х) = 0, то есть х = 66,67 %.

Как показывают рассмотренные примеры, потенциальные возможности межпредметных связей между математикой и химией довольно обширны и многообразны и задача учителя – использовать их при изучении химии и математики,

Прежде всего, следует отметить то, что при реализации межпредметных связи математики и химии обучение математике не должно быть подменено изучением химии на уроках математики, напротив, обучение математике должно быть усовершенствовано на основе примеров из химии, на основе целенаправленной систематической связи с химией через примеры и упражнения, содержание которых прямо или косвенно имеет отношение к химии. Требуется специальный дидактический материал, который, к сожалению, отсутствует в действующих учебных пособиях по математике и химии.

6) Взаимный перенос на уроках химии и физики методов, применяемых физическими и химическими науками.

Развитие современной химии невозможно без использования физических методов исследования вещества. Так, спектроскопия, ядерный магнитный резонанс и многие другие, будучи физическими методами, широко используются химиками. Возможности интеграции школьных курсов химии и физики при осуществлении химического эксперимента анализируется в работах Е.Я. Аршанского, Ю.М. Григорьева, А.К. Ризванова,М.Ж. Симоновой, А.В. Усовой, А.А. Боброва, Л.М. Тукмачева, В.Ф. Шилова, и др.

Сегодня много внимания уделяется проблеме физико-химических методов исследования в школе. К сожалению, в учебной литературе для средней школы вопрос об использовании физических методов в химии освещается недостаточно. Этот недостаток можно устранить с помощью химического эксперимента и ресурсов современных цифровых лабораторий.

Опубликовано: 16.05.2017