«Моделирование в процессе решения задач повышенной сложности» в рамках предпрофильной подготовки учащихся по химии

Автор: Цепкова Елена Ивановна

Организация: МАОУ Светлинская СОШ № 2

Населенный пункт: Оренбургская область, п. Светлый

В данной статье рассматриваются особенности формирования метапредметных умений у обучающихся в процессе изучения химии, в условиях перехода на новые стандарты в образовании. Проведенное исследование доказывает эффективности разработанной методики и ее положительную роль при включении в образовательный процесс.

В системе образования уже давно существует проблема, когда говорят о том, что учащиеся не умеют решать проблемы и практические задачи, которые часто возникают в профессиональной и жизненной сфере. Им мешает, прежде всего, шаблонность мышления. Это происходит благодаря традиционной системе обучения, подстегнутой в последние годы итоговой аттестацией (ЕГЭ, ГИА), готовясь к которому учащиеся под руководством учителей вынуждены отрабатывать типовые алгоритмы решения однотипных задач, доводя их до автоматизма. О том, что «у многих школьников слабо развита способность к анализу таких задач, которые еще не встречались в их учебном опыте, но для решения которых у них есть все необходимые знания» - писал еще В.В. Давыдов.

Практика показала, что за счет натаскивания, алгоритмизации невозможно формирование человека мыслящего, способного действовать в ситуации неопределенности, как того требует ФГОС.  Качественно новые результаты, должны быть достигнуты только в результате осознанного и осмысленного усвоения содержания, под которым понимается не столько сам учебный материал, а сколько способы его освоения.

Проблема заключается в том, что учитель ограничен во времени, он не может решать каждую задачу в рамках исследования, но Стандарт предоставляет учителю возможность переструктурировать содержание предметного образования в рамках предметной области таким образом, чтобы высвободить часы для  проектных и исследовательских форм работы с детьми, в рамках которого и появляется возможность решить эту проблему, что и предпринято в данном случае.

На мой взгляд, одним из способов снятия этой проблемы (или его минимализации) является разработка и введение метапредмета, где решаются не отдельные задачи, а рассматриваются и исследуются общие способы их решения, а универсальными эти способы станут, если учащиеся усвоят эти способы настолько глубоко и осознанно, что смогут применить их в любой другой предметной области, включая ситуации реальной жизни. Кроме того, процесс поиска способов решения задач, а в особенности процесс его переноса предоставляет возможность ученику проявить и развить свои личностные качества, т.к. в этом процессе он выступает именно как субъект своей деятельности. 

При изучении метапредмета «Задача» у школьников формируются способности понимания и схематизации условий, моделирования объекта задачи, конструирования способов решения, выстраивания деятельностных процедур достижения цели. Тип философско-методологического философствования учащихся в рамках этого метапредмета связан с процессом постановки задач, поиском и рефлексией средств их решения, с освоением техник перевода проблем в задачи и т. д.

Цель проекта: Освоение разных способов решения задач повышенной сложности по химии.

Ключевые задачи проекта:

• предметные: умение решать задачи;
• метапредметные: освоение общих и универсальных способов решения задач: моделирование, понимание, проблематизация, исследование, и др.;
• личностные: формирование субъектной позиции ребенка по отношению к собственной деятельности в процессе решения задач.

Актуальность. Процесс поиска способов решения задач, а в особенности процесс его переноса на другие предметы предоставляет возможность ученику проявить и развить свои личностные качества, т.к. в этом процессе он выступает именно как субъект своей деятельности.

Проблема заключается в том, что учитель химии ограничен во времени, он не может решать каждую задачу в форме исследования, но Стандарт предоставляет учителю возможность переструктурировать содержание предметного образования в рамках предметной области таким образом, чтобы высвободить часы для проектных и исследовательских форм работы с детьми, в рамках которого и появляется возможность решить эту проблему, что и предпринято в данном случае.

Таким образом, реализация проекта является одним из способов реализации качественно новых требований ФГОС: предметных, метапредметных, личностных результатов:

• требованиями ФГОС, с одной стороны, и с другой — ЕГЭ и ГИА;
• необходимостью развития способностей теоретического обобщения и наличия у учащихся опыта эмпирического;
• разрыв между задачами, решаемыми в школе и практическими задачами, с которыми учащиеся сталкиваются в жизни.

Новизна

Сама идея выйти на метапредметный уровень осмысления и освоения содержания образования. В этом и заключается новизна предложенного проекта. Метапредметный подход в образовании и, соответственно, метапредметные образовательные технологии были разработаны для того, чтобы решить проблему разобщенности, расколотости, оторванности друг от друга разных научных дисциплин.

Практическая значимость:

Данный проект имеет безусловную ценность для учителей химии, как один из вариантов выработки общих способов решения задач повышенной сложности в условиях традиционного подхода к отбору содержания химического образования. А для всех учителей-предметников проект представляет интерес как один из способов достижения предметных, метапредметных, личностных результатов в рамках любого предметного содержания, реализуемых в едином процессе в ходе реализации требований ФГОС.

Обоснование выбора содержания проекта

В старших классах ученики уже владеют достаточно богатым математическим аппаратом. Поэтому задачи должны быть интересными, познавательными, но вместе с тем достаточно сложными. Обычный круг задач, рассматриваемых в курсе основной школы, нас не устроил именно потому, что он не соответствуют указанным критериям.

Химия — это наука о природе. В природе химические, физические и биологические явления взаимосвязаны. В учебном процессе все эти явления изучаются раздельно, тем самым их связи разрываются. Для решения этой проблемы в школе предусмотрено осуществление межпредметных и метапредметных связей. Так одной из задач метапредметного подхода заключается в том, чтобы помочь понять кто я в этом мире и развитие системы природа-человек-общество.

Прогнозируемые метапредметные результаты:

1) умение самостоятельно определять цели своего обучения, ставить и формулировать для себя новые задачи в учёбе и познавательной деятельности, развивать мотивы и интересы своей познавательной деятельности;

2) умение самостоятельно планировать пути достижения целей, в том числе альтернативные, осознанно выбирать наиболее эффективные способы решения учебных и познавательных задач;

3) умение соотносить свои действия с планируемыми результатами, осуществлять контроль своей деятельности

4) умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, собственные возможности её решения;

5) владение основами самоконтроля, самооценки, принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебной и познавательной деятельности;

6) умение определять понятия, создавать обобщения, устанавливать аналогии, классифицировать, самостоятельно выбирать основания и критерии для классификации, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение, умозаключение (индуктивное, дедуктивное и по аналогии) и делать выводы;

7) умение создавать, применять и преобразовывать знаки и символы, модели и схемы для решения учебных и познавательных задач;

8) смысловое чтение;

9) умение организовывать учебное сотрудничество и совместную деятельность с учителем и сверстниками; работать индивидуально и в группе: находить общее решение и разрешать конфликты на основе согласования позиций и учёта интересов; формулировать, аргументировать и отстаивать своё мнение;

10) умение осознанно использовать речевые средства в соответствии с задачей коммуникации для выражения своих чувств, мыслей и потребностей; планирования и регуляции своей деятельности; владение устной и письменной речью, монологической контекстной речью;

11) формирование и развитие компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий (далее ИКТ– компетенции);

12) формирование и развитие экологического мышления, умение применять его в познавательной, коммуникативной, социальной практике и профессиональной ориентации.

На метапредмете «Задача» учащиеся получают знание о разных типах задач и способах их решения. При изучении метапредмета «Задача» у школьников формируются способности понимания и схематизации условий, моделирования объекта задачи, конструирования способов решения, выстраивания деятельностных процедур достижения цели. Тип философско-методологического философствования учащихся в рамках этого метапредмета связан с процессом постановки задач, поиском и рефлексией средств их решения, с освоением техник перевода проблем в задачи и т. д.Использование метапредметного подхода через выполнение различных задач возможно на различных уроках, в том числе и на уроках химии:

В качестве примера использования метапредметной технологии на уроках химии хочется привести примеры задач из уроков в 10 классах.

В историческом контексте:

1) В 1871 году Д.И.Менделеев предсказал открытие химического элемента, который был открыт Лекок де Буабодраном в 1875 году, о чём он сделал сообщение, которое было опубликовано в «Записках Французской Академии наук». Все характеристики открытого Бубодраном химического элемента совпали, кроме плотности. Д.И.Менделеев ознакомился с публикацией Буабодрана, и 15 ноября 1875 года направил сообщение в «Записки Парижской академии наук», в котором указал, что удельный вес этого химического элемента должен был быть около 6, а не 4,7 как определил Буабодран.

Буабодран провёл дополнительную очистку полученного им вещества, удельный вес действительно оказался равным 5,94. О каком химическом элементе идёт речь?

2) Однажды бутыли с одним, чрезвычайно взрывчатым веществом – перевозили в ящиках, засыпанных пористой горной породой, называемой кизельгуром. Это было необходимо во избежание повреждений бутылей во время перевозки, что всегда приводило к взрыву вещества. В дороге одна из бутылей всё-таки разбилась, но взрыва не произошло. Кизельгур как губка впитал всю вылившуюся жидкость. Владелец нитроглицериновых заводов А.Нобель обратил внимание на то, что взрыва не произошло. Так был изобретён динамит. Какую жидкость перевозил Нобель? Составьте уравнение реакции, с помощью которой перевозимое взрывчатое вещество может быть получено.

Химия и производство:

1) Циклопентан применяется в качестве хладагента в холодильном оборудовании. Благодаря каким свойствам циклопентана стало возможным его применение в холодильниках? Какое преимущество и какие недостатки циклопентан имеет перед фреонами (фторсодержащие насыщенные углеводороды, главным образом производные метана и этана).

Хладагенты	Преимущества	Недостатки
Жидкие углеводороды
Фреоны

2) Для подготовки питьевой воды широко применяют реагентный способ очистки. Для этого в очищаемую воду добавляют одновременно раствор сульфата алюминия и известковое молоко. Образующийся коллоидный осадок захватывает взвешенные в воде вещества и вместе с ними оседает на дно отстойника. Химическую суть процесса отражает следующее уравнение:

Al₂(SO₄)₃ + 3 Ca(OH)₂ = 2Al(OH)₃¯ + 3CaSO₄¯

Сколько граммов гидроксида кальция нужно взять для реакции, чтобы суммарная масса осадка составила 1 кг?

3) Знаете ли вы, что теннисные мячи не надувают, а вводят специальные вещества – «вздуватели»? Эти вещества при нагревании разлагаются с образованием газообразных продуктов. В теннисные мячи, заготовки которых в виде двух полусфер изготовлены и предварительно смазаны клеем кладут таблетки, содержащие смесь нитрита натрия и хлорида аммония. Склеенные половинки мяча помещают в форму для вулканизации и нагревают. Составьте уравнение реакции нитрита натрия с хлоридом аммония. Рассчитайте массу таблетки, состоящей из стехиометрической смеси нитрита натрия и хлорида аммония, который нужно поместить в мяч, объёмом 162 мл для достижения внутри мяча давления 1,2 атм. при 25 ⁰С

4) Согласно ГОСТ 2874-54, после 30-минутного контакта хлора с водой остаточного хлора должно быть не более 0,5 мг/л и не менее 0,3 мг/л при выходе с очистных сооружений, не менее 0,1 мг/л в наиболее отдаленных точках водозабора. Рассчитайте, какой объём хлора (н.у.) следует растворить в 600 куб. м³ очищенной от взвешенных примесей воды для получения начальной концентрации хлора 0,5 мг/л.

Химия и практика:

1) Свинцово-кислотный аккумулятор — наиболее распространенный на сегодняшний день тип аккумуляторов, изобретен в 1859 году французским физиком Гастоном Планте. Основные области применения: стартерные батареи в автомобильном транспорте, аварийные источники электроэнергии. Принцип работы свинцово-кислотных аккумуляторов основан на электрохимических реакциях свинца и диоксида свинца в сернокислотной среде. Во время разряда происходит восстановление диоксида свинца на катоде и окисление свинца на аноде.

Определите вещество, являющееся окислителем____________

и вещество, являющееся восстановителем______при разряде батареи.

Химия и математика:

  1) Сколько молекул в классной комнате размером 6·10·4 м³ при обычных условиях – температуре 25 ⁰С и давлении 750 мм.рт. ст.

  2) Во сколько раз увеличится при 25 ⁰С скорость химической реакции в присутствии катализатора, уменьшающего энергию активации на 20 кДж/моль.

Химия и медицина:

1)В норме содержание глюкозы в крови в зависимости от возраста должно составлять от 3,3 до 6,6 ммоль/л. Приняв плотность крови за 1 г/см³, рассчитайте массовую долю глюкозы в крови в норме.

2)Прочитайте текст «Глутаровый альдегид, янтарный альдегид, формальдегид и другие являются веществами с выраженными антимикробными свойствами, включающими активность в отношении всех видов микроорганизмов за счет алкилирования амино- и сульфгидрильных групп протеинов и подавления синтеза последних. Поэтому, несмотря на их токсичность, выраженное раздражающее действие и резкий запах, альдегиды по-прежнему широко используются в клинической практике». Составьте формулы упомянутых альдегидов

Химия и экология:

1)Утечка нефти в Мексиканском заливе, признанная самой крупной в истории США, началась 22 апреля 2010 г после взрыва на нефтяной платформе, принадлежащей BP. Уже к середине мая по оценкам экспертов в океан вытекло около 60000 баррелей нефти. Известно, что тонна нефти растекаясь по водной поверхности занимает площадь в 12 км².. Какую часть поверхности от площади Мексиканского залива может покрыть эта нефть? Для справки: 1 баррель нефти имеет массу 136,4 кг. Общая площадь Мексиканского залива около 2,5 млн. км².

2)На рисунке показана структура автомобильных выбросов вредных веществ при работе двигателя внутреннего сгорания (ДВС). Объёмы выбросов определяется качеством двигателя. Основными загрязняющими веществами являются оксид углерода (II) (CO), ароматические углеводороды (CH), оксид азота (II) (NO).

а) Рассчитайте возможные массы выбросов вредных веществ от одной заправки бензобака 40 л бензина.

б) Рассчитайте во сколько раз больше выбрасывается молекул СО, чем молекул NO.

3)ПДК фенола у мест водопользования составляет 0,001 мг/л. Рассчитайте, во сколько раз концентрация фенола будет превышать ПДК, если в водоем вместимостью 10⁴ м³ со сточными водами коксохимического предприятия было сброшено 47 кг фенола.

Химия и здоровье:

1)Никотин окисляется до никотиновой кислоты, которая уже не яд, а витамин. Однако в организме человека нет необходимых ферментов для протекания такого процесса. Никотин, входящий в состав табака, вызывает зависимость человека от курения. Укажите три причины, по которым человек начинает курить и три причины, на основании которых он впоследствии стремится бросить курить.

2)Сахароза, вещество, широко применяемое для улучшения вкусовых качеств продуктов питания, имеет недостатки. Так, регулярное потребление сахара увеличивает вероятность возникновения сахара. Сахароза является весьма калорийным веществом, и потребление сахаросодержащих продуктов не желательно для людей склонных к полноте. Сахароза – вещество, которое не должно входить в состав продуктов, употребляемых диабетиками. Для решения этих проблем разработаны и широко применяются вещества, которые имеют сладкий вкус, но не образуют в организме человека глюкозу. Рассчитайте массу заменителей сахара, способных заменить 1000 г сахарозы.

3)Врачи рекомендуют использовать фильтры для доочистки водопроводной воды. На графике показана зависимость очищающей способности двух фильтров по отношению к фенолу в зависимости от объёма пропущенной через фильтр воды. Какому фильтру вы бы отдали предпочтение? Почему?

Химия и практика жизни.

1)Для обеспечения горения в течение 1 года лампочки мощностью 100 Вт необходима энергия, которую можно получить при сжигании 498 кг древесины, 490 кг угля, 236 м³ природного газа. Энергосберегающие лампы позволяют сэкономить до 80% электроэнергии. Рассчитайте, какая экономия может быть достигнута для постоянно горящей в течение года лампочки, в пересчёте на дрова, уголь и электроэнергию. Стоимость тонны угля 2100 р., кубометра дров – 800 р., куб. газа 3,1 р., 1 квТ·ч электроэнергии – 3,4 р, плотность дров – 0,6 т/м³.

2)Известно, что резина со временем теряет свои эластичные свойства, растрескивается, тогда как изделия из полиэтилена или полипропилена служат намного дольше. Почему?

	Полиэтилен или полипропилен	Резина
Эластичные свойства
Наличие кратных связей
Химическая активность

 

      

Список литературы

1. Воронцов А.Б., Чудинова Е.В. «Учебная деятельность: введение в систему Д.Б. Эльконина -В.В. Давыдов. Изд «Рассказов». Москва. 2004
2. Выготский Л.С. Педагогическая психология. Москва. 1992
3. Громыко Н.В. Способы обновления знаний. Эпистемотека, Издательская программа «Школа будущего», Пушкинский институт, М., 2007
4. Громыко Ю.В. Мыследеятельностная педагогика -Минск, 2004
5. Проект разработала: Димчикова Л.Д., учитель химии (2013 г.)

Опубликовано: 16.04.2025