Класс. Немного о межпредметных связях органической химии и физики

10 класс. Немного о межпредметных связях органической химии и физики.

В теме, посвященной изучению непредельных углеводородов, общая формула которых C_nH_2n-2, используются такие физические понятия, как “остаточная деформация твердых тел”, “упругость”, “пластичность”. На уроках физики учащиеся знакомились с явлением деформации тел, с процессами, вызывающими деформацию, с силой упругости, возникающей при деформации тела. Они также узнают о том, что способность тел к деформации зависит от природы вещества, из которого состоит это тело, от условий, в которых оно находится, и от способов его изготовления.

Знания этого материала помогут школьникам разобраться в некоторых физических особенностях полимерных материалов. Например, со свойством эластичности полимерных материалов они встречаются впервые и не всегда правильно связывают с другими видами деформации. Поэтому в данном случае необходимо применить сравнение. Вначале демонстрируют кручение пластинок из каучука, резины, стальной линейки, медной пластинки. Учитель предлагает ученикам объяснить, почему под действием одинаковой внешней силы происходит неодинаковое изменение формы, почему не все пластинки после прекращения действия внешней силы приобретают первоначальные размеры. Данные вопросы могут вызвать затруднения и поэтому лучше, если учитель сам разъяснит их.

При изучении сложных эфиров и жиров можно использовать знания учащихся о поверхностном натяжении и веществах, его изменяющих.

Рассмотрим, на какие основные вопросы курса физики необходимо сослаться при изучении жиров. Во-первых, учащиеся должны знать, что поверхностное натяжение есть сокращение поверхности жидкости за счет притягивания поверхностных молекул другими молекулами, расположенными в нижних слоях жидкости. Во-вторых, в результате действия молекулярных сил притяжения и отталкивания плотность жидкости в поверхностном слое меньше, чем внутри, т.е. межмолекулярное расстояние между молекулами, лежащими в глубине. В-третьих, учащиеся знакомы с величинами, характеризующими поверхностное натяжение: поверхностная энергия, коэффициент поверхностного натяжения, зависимость коэффициента поверхностного натяжения от природы жидкости и от температуры.

Не ограничиваясь рассмотренными выше примерами, каждый учитель сам может установить, знания каких курсов, вопросов курса физики можно использовать на уроках.

Использование учителями в учебной практике межпредметной связи способствует более углубленному усвоению учащимися учебного материала всего курса химии.

Проблемное обучение химии всегда связано с интенсивным мыслительным процессом, с широким использованием в ходе решения учебной проблемы аргументации рассуждений и доказательности истинности суждений. Важное место здесь занимают межпредметные связи с курсом математики и физики. Они помогают или утвердить правильность выдвинутых гипотез, или опровергнуть их.

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.)?”

Указанная проблема может быть решена лишь на основе установления взаимосвязи химии, математики и физики. Поэтому познавательная задача, которая возникает на уроке, должна включать использование знаний всех этих трех дисциплин.

Элементы математики используются для усиления содержательных положений, которые дают химия и физика.

На уроке проводятся следующие математические доказательства:

1. Масса азота объемом в 1 м³ равна 1,25 кг. Если M = 28·10^-3 кг/моль, а V_m = 22,4·10^-3 м³/моль, то по формуле r = M/V_m находим r = 1,25 кг/м³. Масса азота объемом в 1 м³ определяется по уравнению m = r·V. Числовые значения r и m в данном случае совпадают m = 1,25 кг.

2. Масса водорода объемом в 1м³ равна 0,089 кг. Если M = 2·10^-3 кг/моль, а V_m = 22,4·10^-3 кг/моль, то по формуле

r = M/V_m = 0,089 кг/м³

Масса водорода объемом в 1 м³ определяется по уравнению m = r·V. Числовые значения r и V совпадают.

m = 0,089 кг (1м³·0,089 кг/м³)

3. Объем азота равен 2,24 м³ (1/3·6,72 м³)

4. Объем водорода равен 4,48 м³ (2/3·6,72 м³)

По формуле m = r·V находим массы азота и водорода.

Масса азота равна 2,8 кг (1,25 кг/м³·2,24 м³).

Масса водорода равна 0,4 кг (0,089 кг/м³·2,24 м³).

При объемных отношениях азота и водорода 1/3 : 2/3 отношение масс будет 2,8 (кг) : 0,4 (кг), следовательно, утверждение, что массовые отношения газов в заданной емкости 7 : 1 истинно.

Другое время, когда в практике обучения химии возникает необходимость в опровержении неправильных гипотез учащихся.

В 8 классе в теме “Галогены” учащиеся, изучая химические свойства хлора, узнают о том, что это вещество может взаимодействовать с водородом с образованием хлорводорода. Обычно на вопрос, как получить хлорводород в лаборатории, большинство учащихся высказывают неправильное предположение о том, что в лаборатории хлорводород можно получить при взаимодействии хлора и водорода в эвдиометре. И тогда, с целью предупреждения таких неправильных суждений учащихся, ставим вопрос: можно ли использовать эвдиометр для лабораторного получения хлорводорода? Убедительный ответ на него противоречит правильному. Это создает проблемную ситуацию. Возникает проблемный вопрос: какой объем водорода и хлора необходим для получения хлорводорода объемом в 1 л? В ходе беседы ученики отмечают, что согласно уравнению реакции H₂ + Cl₂ ® 2 HCl для получения хлорводорода объемом в 1 л требуется хлора объемом 0,5 л и водорода объемом 0,5 л, т.е. общий объем смеси равен 1 л. Учитель говорит, что по условиям техники безопасности объем взрываемой смеси не должен превышать 1/10 части эвдиометра, потому объем всего эвдиометра должен быть в 10 раз больше, т.е. составлять 10 л. Если предположить, что диаметр такого эвдиометра 2 см, то его высоту можно рассчитать, используя знания по математике о вычислении объема цилиндра:

V = (p·D²/4) ·h; отсюда h = (4·V/p·D²)

Подставив числовые значения, получаем h » 3184 см. Приведенными расчетами завершаем решение проблемы. Учащиеся убеждаются в неверности своих суждений. Сейчас любые опыты с эвдиометром запрещены и эти расчеты показывают о непреемственности данного способа для получения хлорводорода в лабораторных условиях.

Осуществление связи обучения химии и физики можно показать при изучении вопроса о строении твердых веществ. Учебную проблему здесь формулируем так: от чего зависят свойства кристаллических тел? Поиск решения данной проблемы идет путем установления связей с курсом физики 7-8 классов, используя знания, полученные на уроках физики, учащиеся в ходе обсуждения этого проблемного вопроса говорят, что вероятно, свойства кристаллических тел зависят от частиц, из которых построен кристалл.

На уроке этот вопрос мы решаем путем привлечения и постановки ряда физических опытов. В два стаканчика помещаем одинаковое количество “сухого льда” (оксид углерода IV) и чистого кварцевого песка (оксид кремния IV). Стаканчики устанавливаем на разные чашки весов. Через некоторое время масса кристаллического оксида углерода (IV) начинает уменьшаться. Это изменение фиксируем как визуально, так и показаниями весов. Масса оксида кремния (IV) остается без изменения. С помощью горящей лучинки устанавливаем, что в стакане с “сухим льдом” находится газообразный оксид углерода (IV). На основе опыта определяем, что оксид углерода (IV) легко возгоняется, а оксид кремния (IV) не возгоняется обычной температуре. Поясняем, что углекислый газ имеет молекулярную кристаллическую решетку. Молекулы слабо связаны друг с другом, поэтому вещество легко возгоняется. SiO₂ тугоплавок, т.к. в узлах кристаллической решетки содержатся атомы Si и O, которые связаны прочными ковалентными связями. Подтверждается главная идея химии.

Затем ставим второй опыт. Берем кусок магния с ярко выраженным кристаллическим строением на изломе и кристаллический хлорид натрия в стаканчике. С помощью прибора устанавливаем электрическую проводимость магния и отсутствие ее у хлорида натрия. Хлорид натрия растворим в воде и раствор испытываем на электрическую проводимость. Ставим вопрос: как объяснить это свойство вещества? Проблему решаем с помощью тех знаний, которые учащиеся получили в курсе физики 8 кл. Учащиеся дают примерно такой ответ. В узлах кристаллической решетки металла расположены ионы, обладающие положительным зарядом, нейтральные атомы, а также отрицательно заряженные электроны. Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютной величине равен положительному заряду всех ионов решетки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален. Беспорядочное движение электронов не создает тока в металле, но если в металле создать электрическое поле, то все свободные электроны начнут двигаться в направлении действия электрических сил, возникает электрический ток, представляющий поток электронов.

Хлорид натрия в твердом состоянии не обладает электрической проводимостью, и это говорит о том, что в нем свободных электронов нет. Значит, причина электрической проводимости хлорида натрия в растворе другая. Из курса физики известно, что “при растворении солей в воде их кристаллы распадаются на положительные и отрицательные ионы. Электрический ток в растворе представляет собой направленное движение положительных и отрицательных ионов”. Различия в свойствах двух веществ объясняются различием кристаллических решеток. У хлорида натрия ионная кристаллическая решетка, у магния – металлическая. В подтверждение этого демонстрируем таблицу.

Делаем вывод: свойства кристаллических тел зависят от частиц, которые находятся в узлах кристаллических решеток. По этому признаку все кристаллические решетки делятся на молекулярные, атомные, ионные и металлические.

Таким образом, использование межпредметных связей является одним из важнейших способов совершенствования учебно-воспитательного процесса. Рассмотрение отдельных разделов химии во взаимосвязи с физикой, математикой обеспечивает лучшее понимание вопросов, помогает творчески мыслить. Все это позволяет использовать проблемный подход в обучении, который считается более эффективным.

К изучению математики учащиеся средней школы приступают на 7 лет раньше, чем к изучению химии. За этот период обучения они приобретают значительный объем математических знаний, умений и навыков по решению алгебраических задач. Правильное использование учителем химии приобретенного учащимися объема знаний, умений и навыков является той основой, которая в наибольшей мере способствует успешному обучению их решению расчетных химических задач.

При составлении плана решения данная сложная задача расчленяется на ряд простых, связанных между собой общим содержанием задачи. Составляя план решения задачи, используют два основных метода:

а) синтетический;

б) аналитический.

Суть каждого из этих методов рассмотрим на примере составления плана решения конкретной задачи.

Задача. Почетный горняк Митрофанов за 30 лет работы бурильщиком в рудниках Криворожского железнорудного бассейна добыл 1 млн. т железной руды, содержащей в среднем 80% оксида железа (III). Сколько велосипедов можно изготовить из этой руды, если принять, что на изготовление одного велосипеда расходуется 20 кг железа?

Синтетический метод

1. Зная массовую долю (в %) оксида железа (III) в железной руде, находим его массу, содержащуюся в 1 млн. т руды.

2. Узнав массу оксида железа (III), вычислим массу содержащегося в нем железа.

3. Узнав массу железа в добытой руде и зная массу железа, переработанного в сталь и нужную на изготовление одного велосипеда, определим число велосипедов.

Исходя из этих соображений, составляют такой план решения задачи:

1. Сколько тонн оксида железа (III) составляют 80% от 1 млн. т железной руды?

2. Сколько тонн железа содержится в вычисленной массе оксида железа (III)?

3. Сколько велосипедов можно изготовить из вычисленной массы железа?

Аналитический метод

Исходят из вопроса задачи. Чтобы узнать число велосипедов, необходимо знать массу железа, а чтобы вычислить массу железа, нужно знать массу оксида железа (III), в котором оно содержится.

Синтетический метод составления плана решения задачи имеет свои недостатки. Главный недостаток заключается в том, что первые шаги при решении задачи (выбор данных для простой задачи) не всегда сразу приводят к искомому результату. Многие учащиеся, не имея навыков сравнивать и выбирать данные для простых задач, допускают ошибки двух видов:

а) в сравнении и выборе данных;

б) в составлении плана решения.

При составлении плана решения задачи аналитическим методом рассуждения строятся в противоположном направлении – от искомого числа к данным в условии задачи. В отличие от синтетического, аналитический метод составления плана решения задачи представляет собой ряд связанных между собой и вытекающих один из другого выводов и поэтому при его использовании учащиеся допускают меньше ошибок логического характера.

При изучении математики учащиеся усваивают оба метода составления плана решения задачи и поэтому учитель химии может пользоваться любым из них. Аналитический метод составления плана целесообразно использовать при решении сложных задач, условия которых содержат большое число данных, а синтетический – при решении сравнительно легких задач. При решении усложненных, например олимпиадных, задач часто приходится пользоваться обоими методами составления плана решения задач.

На уроках математики учащиеся приучаются к тому, что задачу можно считать решенной тогда и только тогда, когда найденное решение:

а) безошибочное (правильное);

б) мотивированное;

в) имеет исчерпывающий характер (полное).

Задача не считается решенной, если ее решение не соответствует хотя бы одному из этих требований.

Безошибочность (правильность) решения химических задач учащиеся обычно проверяют по ответам, которые приведены в сборниках задач и упражнений. Во многих случаях с целью проверки на уроках математики составляют и решают задачу, обратную решенной.

Проверку решения не обязательно выполнять для всех решаемых задач. Важно, чтобы учащиеся это умение использовали при решении химических задач и в необходимых случаях пользовались им. Слабоуспевающим учащимся можно предложить дома выполнить проверку решенных в классе задач. Это поможет им в усвоении методики решения задач и послужит закреплению того теоретического материала, на основе которого составлено условие задачи.

Исчерпывающий характер может иметь только то решение, которым найдены все неизвестные, содержащиеся в условии задачи. Если из ряда неизвестных, которые содержатся в условии задачи, не найдено хотя бы одно, такое решение нельзя считать полным.

Особое значение при решении химических задач имеет требование о мотивировке решения, выполнение которого должно содействовать закреплению изученного на ряде уроков, а иногда и в разных классах теоретического материала.

Несомненно, что использование умений и навыков, приобретенных учащимися при решении задач на уроках математики, повысит эффективность обучения учащихся решению химических задач.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПОМОРСКИЙ МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. М.В. Ломоносова

факультет ЕСТЕСТВЕННО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ

кафедра ХИМИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

допускаю к защите

зав. кафедрой _________________

подпись

Д И П Л О М Н А Я Р А Б О Т А

НА ТЕМУ: Межпредметные связи в курсе школьного предмета

химии на примере углерода и его соединений

РАЗРАБОТАЛ Борисова М.В.

РУКОВОДИТЕЛЬ Боголюбова З.К.

КОНСУЛЬТАНТЫ:

по ХИМИИ Воронцова Т.С.

по ГЕОГРАФИИ Ефремов И.В.

по ПЕДАГОГИКЕ Жукова М.В.

по МПХ

КОРЯЖМА

1996 го

Похожие работы

Установление и использование межпредметных связей при изучении элементов III и V группы периодической системы Д.И. Менделеева

Скачать

73238

7

15

... и для поступающих в вузы под редакцией Г.П. Хомченко, И.Г. Хомченко. На изучение этой темы отводится 7 ч [4, 5]. ГЛАВА 3. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ III И V ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА   3.1 III-А группа   3.1.1 Бор 3.1.1.1 Распространение в природе Бор никогда не встречается в природе в свободном состоянии, он всегда оказывается связанным с кислородом. В этой ...

Учебно-тематическое планирование к курсу "Органическая химия в 10классе" по новому учебнику О.С. Габриеляна

Скачать

64575

39

0

... на новые программы и учебники этот вопрос становится наиболее острым. Наша школа перешла на новое учебники О.С. Габриеляна и новую программу, как и большинство школ Заволжского района, поэтому мы представляем календарно-тематическое планирование к курсу "Органическая химия" 10 класс. Тематическое планирование составлено согласно программе разработанной Департамента образовательных программ и ...

Принцип межпредметных связей при решении химических задач. Разбор основных способов решения расчетных задач

Скачать

35798

0

3

... групп – в виде краткого отчета о проделанной работе (демонстрация рисунков, таблиц). Далее идет обсуждение выступлений; учитель продумывает со своими коллегами трудовое задание [1]. 1.1 Межпредметные связи при решении расчетных задач К изучению математики учащиеся средней школы приступают на 7 лет раньше, чем к изучению химии. За этот период обучения они приобретают значительный объем ...

Методические особенности использования задач с экологическим содержанием на уроках органической химии в средней школе

Скачать

43530

0

0

... необходимостью творческого использования имеющихся у них знаний и приобретения недостающей информации) [10,11]. ГЛАВА III. УРОК «ПРАКТИКУМ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ С ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ» Цель. Описывать и объяснять задачи с экологическим содержанием. Оптимальное использование в учебном процессе таких задач позволяет приблизить теоретический материал к жизни, сделать его ...