logo

Формирование функциональной естественно-научной грамотности школьников

Формирование функциональной естественно-научной грамотности школьников

(из инновационного опыта работы Т.П. Паюдис, учителя химии МБОУ «Средняя общеобразовательная школа №18 им. А.С. Сергеева» г. Курска).

В данном пособии представлены методические рекомендации по использованию проектно-исследовательской технологии при изучении аллотропных модификаций углерода.

Настоящий сборник предназначен в качестве методического пособия при проведении самостоятельных исследований, лабораторных, практических работ по программе дисциплины «Химия».

Простота, доступность, безопасность и необычность экспериментов, межпредметная интеграция учебного материала обеспечат эргономическую комфортность для учителя и обучающихся на уроке,позволят педагогам развивать такие качества личности ребенка, как функциональную грамотность, критическое мышление, творчество, умения решать нестандартные задачи.

Пособие предназначено учителям химии, студентам высших педагогических заведений по специальности «Химическое образование»

Рецензент: Пилюгина Н.Н., кандидат пед.наук (доцент кафедры химии КГУ)

Паюдис Т.П., Курский государственный университет, 2014 г.

Содержание

Введение.

Глава 1. Психолого – педагогические и методические аспекты использования заданий исследовательского характера как средства формирования проектной и исследовательской компетентностей школьников.
1.1. Понятие учебно-исследовательской деятельности.
1.1.1. Учебно – исследовательская деятельность в реальной ситуации педагогической практики.
1.1.2. Параметры исследовательских способностей обучающихся.
1.2. Психолого – педагогические аспекты учебно – исследовательской деятельности обучающихся второй и третьей ступени обучения.
1.3. Организация учебно – исследовательской деятельности по химии.

Глава 2. Реализация стратегии исследования при решении метапредметных экспериментальных задач по теме «Подгруппа углерода».
2.1. Исследовательский эксперимент.
2.2. Исследования аллотропных модификаций углерода.
2.2.1. Алмаз.
2.2.2. Исследования простого карандаша.
2.2.3. Активированный уголь. Адсорбция.
2.2.4. Опыты со свечой. Получение сажи и фуллеренов.

Заключение.

Литература.

Приложение.

Введение

Распространение педагогического опыта в области формирования функциональной естественно – научной грамотности школьников обосновано созданием условий для достижения нового качества образования в соответствии с государственной образовательной политикой.

Образовательные стандарты нового поколения выдвигают ряд требований к результатам освоения образовательной программы по химии. Современное понимание образовательных результатов выходит за рамки обычного перечня знаний, умений и навыков, они являются конечным продуктом процесса обучения и свидетельствуют о качественных изменениях в личности обучающегося, проявляются в его поведении, взаимодействии с социальной средой.

Одним из требований к результатам образования является функциональная грамотность, определяемая как способность личности на основе полученных в школе знаний нормально функционировать в системе социальных отношений, максимально быстро адаптироваться в конкретной культурной среде, т.е. способность применять естественно – научные понятия, методы на практике.

Функциональная грамотность – это индикатор общественного благополучия. Функциональной грамотности школьников уделяется особое внимание при проведении Международных педагогических исследований, результат которых для российских школ второй и третьей ступени обучения пока невысокий.

Российские школьники слабо ориентируются в актуальных проблемах естествознания, таких, как экологические проблемы, проблемы здорового образа жизни, влияние науки и техники на развитие общества и др. Их рассмотрению не уделяется должного внимания в школьных курсах. Поскольку «образовательный интеллект» населения рассматривается как важнейший стратегический ресурс государства повышение функциональной грамотности школьников является особенно актуальным

Таким образом, возникло противоречие между новыми параметрами обучения и воспитания подрастающего поколения XXI века и недостаточно разработанными механизмами их реализации.

Самым слабым местом оказалось умение интегрировать знания, а также применять их для получения новых знаний, объясняющих явления окружающего мира. Кроме того, система образования должна подготовить людей, приспособленных к жизни в условиях информатизации и развития новых технологий.

Цель исследования: изучить возможности организации учебно – исследовательской и проектной деятельности на межпредметном уровне

Задачи исследования:

1. приблизить обучение к реальной, а не модельной ситуации.
2. создать условия для развития критического мышления школьников в процессе проектно – исследовательской деятельности
3. усилить межпредметную интеграцию знаний,
4. найти новые необычные формы, методики самостоятельной экспериментальной работы обучающихся, оптимально использовать учебно-материальных ресурсов школы
5. создать практико-ориентированный межпредметный учебный модуль «Методы научного познания» на примере исследования аллотропных модификаций углерода.

Концепция исследования опирается на компетентностный подход как методологическое основание для формирования функциональной грамотности обучающихся

Условия формирования функциональной естественно – научной грамотности школьников:

1. Содержательные условия: изменения содержания курсов естественно- научных дисциплин с учётом ориентации на самопознание, саморазвитие личности будущего выпускника на основе компетентностного подхода,выявление возможностей интеграции естественно – научных дисциплин и современного ученического эксперимента для формирования функциональной грамотности.

2. Технологичесrие условия: разработка и внедрение системы практико-ориентированных учебных модулей с межпредметной интеграцией,использование современных образовательных технологий, реализация комплексного подхода к экспериментальной учебно-исследовательской деятельности по химии, направленность учебного и воспитательного процесса на личностную ориентацию и деятельностный характер воспитания школьников, развитие духовно-нравственных качеств.

3. Организационные условия: организация сотрудничества на основе установления субъект-субъектных отношений преподавателя и обучаемых, применение новых форм оценивания функциональной грамотности с помощью: ситуационных заданий, презентаций проектов, формирования портфолио, участие в олимпиадах, конференциях, конкурсах, исследовательских работ.

Методы исследования:

1. Анализ научной литературы
2. Эмпирические методы: наблюдение , химический эксперимент
3. Педагогический эксперимент

Практическая значимость данной работы заключается в возможности ее использования как методического пособия для учителей при обучении предметам естественно – научного цикла.

Глава 1. Психолого – педагогические и методические аспекты использования заданий исследовательского характера как средства формирования проектной и исследовательской компетентностей школьников

1.1. Понятие учебно-исследовательской деятельности.

1.1.1. Учебно –исследовательская деятельность в реальной ситуации педагогической практики.

До сих пор учителя находятся в постоянном поиске путей оптимизации образовательного процесса. Вместе с тем современные социальные условия, изменившие цели обучения, требуют от педагогов реализации идеи индивидуального подхода в условиях массовости образования.

Внедрение системно-деятельностного подхода, на основании которого должны быть достигнуты образовательные результаты – личностные, метапредметные, предметные, обусловливает потребность в корректировке содержания обучения химии в школе. Ведь поставленные задачи социализации обучающихся: «формирование готовности к саморазвитию и непрерывному образованию; активная учебно – познавательная деятельность; построение образовательного процесса с учетом возрастных, психологических и физиологических особенностей» (3) – не могут быть полноценно решены в прежнем формате содержания.

Рассматривая содержание химического образования в новых условиях, можно выделить наиболее значимые принципы его модернизации, такие как фундаментальность содержания обучения химии, планомерность и систематичность, соответствие логического и исторического, оптимизация состава содержания, проблематизация и ситуативность, метапредметность.

Сегодня важно учить детей использовать свой опыт, знания, умения и качества личности для решения конкретных проблем, формировать научную картину мира, научить находить путь от научного описания к способностям ориентироваться в конкретных явлениях и потоках информации, критически оценивать, прогнозировать, принимать решения.

Главная проблема школы – это переход от информативного метода обучения к активной творческой деятельности всего педагогического сообщества, т.е. педагогического коллектива, учащихся и родителей.

Учебная исследовательская деятельность определяется как деятельность учащихся по исследованию различных объектов с соблюдением процедур и этапов, близких научному исследованию, но адаптированных к уровню познавательных возможностей учащихся. (9)

Приобщение учащихся к исследовательской деятельности формирует не только способность к продуктивной деятельности, но и такие творческие качества личности, как самостоятельность, раскованность мышления, свобода выдвижения нестандартных идей, целенаправленность, высокий уровень организованности. Именно в таком виде деятельности реализуются принципы метапредметности и оптимизации состава содержания.

Работа строится с учетом возрастных и психологических особенностей учащихся на основе общедидактических принципов. Формирование активной позиции в учебной деятельности у подростков определяется уровнем развития самооценки, выступающей в качестве механизма саморегуляции познавательных процессов. Стратегия исследования, применяемая в реальной ситуации педагогической практики, включает различные виды экспериментирования, моделирования, выдвижения гипотез для нахождения путей решения разнообразных проблем, приближенных к жизненным ситуациям и интересам школьников.

1.1.2 Параметры исследовательских способностей обучающихся

Исследовательские способности необходимо рассматривать как комплекс двух относительно автономных составляющих: поисковой активности и критического мышления.

Первый параметр – поисковая активность – выступает в роли первоисточника и главного двигателя исследовательского поведения. Он характеризует мотивационную составляющую исследовательских способностей. Стремление к поисковой активности в значительной мере предопределено биологически, вместе с тем это качество развивается под воздействием средовых факторов. Высокая мотивация, интерес, эмоциональная включенность – необходимые составляющие исследовательского поведения, указывающие на наличие поисковой активности.

Критическое мышление – чрезвычайно важный элемент психологической готовности индивида, совершенно необходимый в ситуациях исследовательского поведения. Это требуется и на этапе выявления проблем, и на этапе поиска возможных вариантов решения (гипотез). Такие важные характеристики критического мышления, как продуктивность, оригинальность и гибкость, способность к разработке идей, выступают необходимыми условиями успешного осуществления исследовательской деятельности. (4)

Оно не только тесно связано с даром решать проблему на основе логических алгоритмов, через способность к анализу и синтезу, но и принципиально важно на этапах анализа и оценки ситуации, на этапах выработки суждений и умозаключений. Критическое мышление выступает важным условием успешной разработки и усовершенствования объекта исследования (или ситуации), оценки найденной информации и рефлексии.

Исследовательская деятельность включает в себя также анализ получаемых результатов, оценку на их основе динамики ситуации и в соответствии с этим прогнозирование (построение гипотез) дальнейшего ее развития. Сюда же можно присоединить моделирование и реализацию своих будущих, предполагаемых действий – коррекцию исследовательского поведения. В дальнейшем все это выводит поисковую активность на новый уровень, и вся схематически описанная последовательность повторяется.

Исследовательские способности обнаруживаются в степени проявления поисковой активности, а также в глубине, прочности овладения способами и приемами исследовательской деятельности, но не сводятся к ним. Причем очень важно понимать, что речь идет и о самом стремлении к поиску, и о способности оценивать (обрабатывать) его результаты, и об умении строить свое дальнейшее поведение в условиях развивающейся ситуации, опираясь на них.

Таким образом, под способами и приемами исследовательской деятельности следует понимать умения видеть проблемы, вырабатывать гипотезы, наблюдать, проводить эксперименты, давать определения понятиям и др. Они метапредметны и способствуют оптимизации содержания химического образования, в котором находят свое отражение современные особенности развития химической науки и промышленности, пути решения экологических, энергетических, экономических, сырьевых проблем России.

1.2. Психолого – педагогические аспекты учебно – исследовательской деятельности обучающихся второй и третьей ступени.

В эпоху, когда личность стоит на первом месте, как в социальном, так и в учебном пространстве, необходимо создавать благоприятные условия для ее реализации. Старший школьный возраст – период гражданского становления человека, его социального самоопределения, активного включения в общественную жизнь, формирования духовных качеств гражданина.

Л.С. Выготский особое внимание обращал на развитие мышления в подростковом возрасте. Главное в развитии мышления – овладение процессом образования понятий, что ведёт к высшей форме интеллектуальной деятельности, новым способам поведения. Ж. Пиаже писал, что к 14—16 годам у человека наступает этап, когда создаются наилучшие условия для развития критического мышления.

Для достижения результата обучающемуся необходимо развить в себе ряд качеств, среди которых:

1. Готовность к планированию.
2. Гибкость: если учащийся не готов воспринимать идеи других, он никогда не сможет стать генератором собственных идей и мыслей
3. Настойчивость: часто, сталкиваясь с трудной задачей, мы откладываем ее решение на потом. Вырабатывая настойчивость в напряжении ума, ученик обязательно добьется гораздо лучших результатов в обучении.
4. Готовность исправлять свои ошибки.
5. Осознание – качество, предполагающее умение наблюдать за собой в процессе мыслительной деятельности, отслеживать ход рассуждений.
6. Поиск компромиссных решений.
7. Потребность в исследовательском поиске обусловлена биологически. Именно это внутреннее стремление к познанию через исследование порождает исследовательское поведение и создаёт условия для исследовательского обучения.

Психолого-педагогические особенности среднего и старшего школьного возраста позволяют обучать абстрактным приемам деятельности в отрыве от конкретного содержания. Вместе с тем ставятся задачи, связанные с освоением ребенком новых, надпредметных способов деятельности. При этом происходит существенный рост самостоятельности учащихся в отношении тех или иных действий, касающихся проектного замысла и реализации своего проекта.

С позиции личностного подхода в качестве ведущего ориентира и главного критерия успешности организации учебно-исследовательской деятельности выступает обогащение исследовательского опыта школьников. Основная задача учителя при этом будет состоять в том, чтобы помогать каждому ученику с учетом имеющегося у него опыта совершенствовать свои индивидуальные способности, развиваться как личность.

Данные положения обосновывают средства и методы, с помощью которых развивается критическое мышление. Прежде всего это исследовательская и проектная деятельность.

1.3 Организация учебно – исследовательской деятельности по химии.

В государственные стандарты общего и среднего (полного) образования включены требования к подготовке выпускников школы в области работы с информацией и различными информационными источниками. Поиск и извлечение информации из источников, созданных в различных знаковых системах, оценивание ее достоверности, четкое понимание того, как одни явления порождают другие, составление плана действий, моделирование ситуаций, умения предвидеть последствия предпринимаемых действий – этому можно и нужно учить прежде всего на базе естественных наук, таких как химия.

В дидактике и методике обучения химии многие из перечисленных умений не были предметом исследования, а потому методические приемы их формирования полностью не разработаны. Мы живем в материальном мире, мире веществ и вещей. Чтобы чувствовать себя уверенно и безопасно, надо быть хотя бы немного знакомым с веществами, отличать мнимые опасности от истинных, руководствоваться здравым смыслом.

Химически безграмотный человек может нанести вред своему здоровью и здоровью окружающих. Эти знания человек получает в школе, на уроках химии. Решение проблемы заключается не только в изменении учебного материала курса химии в сторону практической направленности, но и в оптимальном выборе концепций, технологий и методов обучения. Поэтому использование стратегии исследования в процессе обучения химии представляет практический интерес, является оправданным и целесообразным.

В процессе исследования обучающиеся овладевают методами научного познания.
Организация учебно-исследовательской деятельности по химии позволяет акцентировать внимание на цели, содержание, формы, методы и средства и предполагает проектирование программы включения школьников в проектную, экспериментальную учебно-исследовательскую деятельность, ее поэтапную реализацию с систематическим анализом получаемых результатов и корректировку в соответствии с анализом результатов.

В процессе включения обучающихся в учебно-исследовательскую деятельность перед учителем встает проблема организации решения единых учебно-исследовательских задач при различном уровне развития исследовательского опыта учащихся. В решении этой проблемы следует исходить из того, что необходимо подбирать такие приемы и формы работы, в которых обучающиеся смогли проявить и обогатить свой индивидуальный исследовательский опыт. Для этого предусмотрена организация экспериментальной учебно-исследовательской деятельности на основе дифференциации и индивидуализации. (37)

Дифференциация деятельности проводится фронтально по отношению ко всему классу и предполагает сочетание как элементов частного и общего («наводящие», дополнительные вопросы и задания), так и элементов репродуктивной и продуктивной деятельности.

Главное, на что стоит ориентироваться при организации групповой работы на уроке – дифференцировать не общие проблемы, а подходы к их решению путем недостающих элементов (подобранных вспомогательных задач). Степень участия каждого школьника в учебно-исследовательской деятельности будет определяться уровнем его активности.

Необходимо создавать базу исследовательской деятельности:

  • методологическую (усвоение структуры исследовательской деятельности и отдельных исследовательских умений и методов, общих и специальных для предмета);
  • общую логическую (работа над общими умственными и логическими умениями);
  • содержательную (овладение предметными знаниями и умениями);
  • субъектную (накопление личностного опыта осуществления исследовательской деятельности). (36)

Для формирования исследовательских умений можно решать метапредметные учебно-исследовательские задачи, которые формулируются на основе учебного материала, предъявляется в виде проблемной задачи, а ее решение строится адекватно логике исследования и предполагает определенные действия.

Задачный подход к организации учебно-исследовательской деятельности означает, что освоение учебного материала происходит посредством решения виртуальных и реальных экспериментальных исследовательских задач, предполагающих выполнение определенных действий.

Ситуационный подход к организации деятельности предполагает управление учебно-исследовательской деятельностью как взаимодействие ее субъектов. Его суть состоит в неразрывности прямого и обратного воздействия, органического сочетания изменений воздействующих друг на друга субъектов.

Ученическое исследование предполагает не только решение значимых для учащихся проблем, но и овладение способами решения этих проблем. При организации учебно-исследовательской деятельности необходимо создавать учебные ситуации, при разрешении которых учащиеся овладевают знаниями и способами решения проблем в процессе познания в большей или меньшей степени организованного учителем.

Таким образом, организация экспериментальной учебно-исследовательской деятельности по химии строится с учетом возрастных особенностей и предполагает:

  • тщательное и систематическое изучение педагогами исследовательского опыта школьников второй и третьей ступени обучения и дифференциацию этого опыта по выраженности различных его составляющих (когнитивного, деятельностного, аксиологического);
  • создание учебных ситуаций, при разрешении которых учащиеся овладевают знаниями и способами решения проблем в процессе познания в большей или меньшей степени организованного учителем;
  • конструирование системы экспериментальных учебно-исследовательских задач (заданий) по химии (37)
    и должна выполнять ряд объективных педагогических требований:
  • учитывать возрастные психолого-педагогические особенности мыслительной деятельности;
  • основываться на базовом стандарте и служить основой для углубления и получения новых знаний;
  • способствовать формированию критического мышления, содействовать формированию научного мировоззрения;
  • стимулировать познавательную активность и развитие творческого потенциала учащихся.

Глава 2. Реализация стратегии исследования при решении экспериментальных задач по теме «Подгруппа углерода»

2.1. Ученический эксперимент.

Эксперимент (проба, опыт) – важнейший из методов исследования и самый главный метод познания в большинстве наук. Эксперимент предполагает, что мы активно воздействуем на то, что исследуем. Любой эксперимент предполагает проведение каких-либо практических действий с целью проверки и сравнения. Однако эксперименты бывают и мысленные, т.е. такие, которые можно проводить только в уме. В ходе мысленных экспериментов исследователь представляет себе каждый шаг своего воображаемого действия с объектом и яснее может увидеть результаты этих действий.

К ученическому эксперименту, предъявляются строгие требования: доступность, кратковременность, выразительность.безопасность, эффективность. При самостоятельном выполнении опытов и наблюдениях за ними обучающиеся осуществляют качественные изменения веществ.

Введение проблемного эксперимента помогает разрешать противоречия, с которыми человек сталкивается в повседневной жизни. Использование в качестве объектов исследования продуктов питания, синтетических моющих средств, полимерных изделий дает возможность заменить дорогостоящие и небезопасные в использовании реактивы, приблизить обучение к реальной, а не модельной ситуации. При этом обучающиеся осуществляют анализ ситуации, обнаруживают проблему, выбирают пути ее решения, оценивают их эффективность.

Использование принципа проблематизации в методике экспериментальной работы создает условия для развития критического мышления школьников. Стратегии исследования в педагогической практике является важнейшим мотивирующим фактором познавательной деятельности ребенка.

Реализация стратегии исследования предполагает уход от стереотипного мышления в сторону творчества, нахождение практического решения нестандартных задач. Качественно новой ступенью развития ученического эксперимента являются исследовательские практикумы, которые предполагают усиление межпредметной интеграции знаний, развитие интереса к дисциплинам естественно – научного профиля, создают условия для политехнической подготовки, помогают определиться в выборе соответствующей будущей профессии.

Исследовательский практикум – новый этап в развитии ученического эксперимента и образовательного процесса в целом, новый этап в повышении самостоятельности в работе обучающихся. Эта работа направлена на достижение личностных, предметных и метапредметных результатов, которыми обучающиеся пользуются в повседневной жизни. Применение знаний из различных учебных дисциплин, организация и проведение химического эксперимента с использованием средств информационных технологий расширяют функциональные возможности школьников,во многом определяют способность личности к самообразованию и саморазвитию.

Таким образом, идея комплексного подхода к содержанию,методике и технике выполнения ученического эксперимента предполагает расширение его возможностей за счет межпредметной интеграции, овладения универсальными способами деятельности, определяет условия применения знаний на практике в реальной ситуации.

Использование новых необычных опытов, простых доступных и безопасных, вписывающихся в современное содержание обучения химии в школе, использующих в качестве объектов изучения вещества, часто встречающиеся в повседневной жизни, опытов с неожиданным результатом, носящих исследовательский, проблемный характер создает особую эргономичную комфортность для учителей и учеников.

Выполнение исследовательских заданий предполагает осуществление нескольких этапов деятельности: анализ исходной информации; обнаружение, формулировка, осознание проблемы; выдвижение гипотезы; постановка эксперимента; теоретическое обоснование; доработка и уточнение исходной гипотезы, формулировка выводов; обобщение и применение новых знаний.

При составлении экспериментальных заданий по химии была выбрана подгруппа углерода. Элементы этой подгруппы, прежде всего углерод, а также соединения этого элемента изучаются с 8-ого по 11 класс и присутствуют во всех образовательных программах. Зачастую, изучение соединений данной подгруппы проводится теоретически. Это связано с недостаточным количеством реактивов, невозможностью их использования в связи с ограничениями техники безопасности, а также нежеланием самого учителя. При разработке экспериментальных заданий учитывались эти факторы.

Поэтому задания разделены на виртуальный (мысленный эксперимент), практический эксперимент. Задания также дифференцированы по уровню сложности и возрастной категории обучающихся. При разработке данных задач исследовательского характера был использован метапредметный подход. Несмотря на кажущуюся простоту и доступность эксперимента обучающемуся предоставляется широкое поле для исследований по разным направлениям, использование различных информационных ресурсов и выстраивание личностной траектории обучения.

2.2. Исследования аллотропных модификаций углерода.

Многообразие веществ ученые определяют различными факторами.
М.В. Ломоносов писал: «Корпускулы разнородны, когда элементы их различны и соединены различным образом или в различном числе: от этого зависит бесконечное разнообразие тел».

Аллотропия – этот способность некоторых химических элементов существовать в виде двух или нескольких простых веществ, различных по строению и свойствам. Еще в 18в был установлен удивительный факт: и алмаз, и самый обычный уголь при сгорании образуют углекислый газ и ничего более. следовательно, и алмаз , и уголь состоят из одного и того же элемента углерода. В 1841г. шведский химик Й.Берцелиус предложил для этого явления название «аллотропия»(от греческих слов, означающих «другой» и «направление». в настоящее время известно более 400 аллотропических разновидностей простых веществ.

Единой причины, обусловливающей существование аллотропических видоизменений нет.наряду с аллотропией известно явление полиморфизма – способности одного и того же простого вещества существовать в разных кристаллических формах. Можно ли экспериментально получать новые аллотропные модификации? Можно. Так в 1961г русскими учеными был получен карбин, представляющий собой своеобразный линейный полимер углерода.

К аллотропным модификациям углерода относят: алмаз, карбин, лонсдейлит, фуллерены, углеродные нанотрубки, графен, аморфный углерод, уголь, техуглерод , сажу, графит.
Аллотропные модификации углерода, их применение изучаются в разных темах школьного курса химии

2.2.1. Алмаз

Алмаз занял первое место в ряду драгоценных камней с тех пор, как его искусно ограненные формы, известные под названием бриллиантов, выявили все совершенство удивительных свойств этого минерала. Он сочетает исключительную твердость, высокое светопреломление, сильную дисперсию и яркий блеск.Из всех драгоценных камней алмаз имеет наиболее простой химический состав – он представляет собой просто кристаллический углерод С.При нагревании в атмосфере кислорода или даже на воздухе алмаз окисляется до СО или СО, при температурах около 800°С.Об абсолютно прозрачных и свободных от изъянов алмазах говорят, что они “чистой воды”

Блеск полированного алмаза настолько характерен, что был назван “алмазным”; он обусловлен сочетанием высокого светопреломления и исключительной твердости. Алмаз, в отличие от стекла, прозрачен для рентгеновских лучей. Он фосфоресцирует под действием лучей, лежащих за пределами фиолетовой части видимого спектра, даже под действием коротковолнового излучения эманации радия.

Кристаллическая решетка у алмаза атомная. Тетраэдрическое расположение в ней атомов С обусловливает твердость алмаза. Эта решетка состоит из атомов углерода, которые соединенных между собой крайне прочными ковалентными связями, которые образованы посредством перекрывания зр3-гибридных орбиталей углеродных атомов и расположены, следовательно, под тетраэдрическими углами вокруг них.

Кристаллическая решетка алмаза – это центрированный тетраэдр, который относится к кубической системе, т. к. он вписывается в куб, причём макроформа кристаллов алмаза является модифицированным кубом. Структура такой решетки алмаза кубическая.

Разницей в строении кристаллических решеток графита и алмаза объясняется резкое различие физических свойств этих минералов. Графит очень мягкий, им можно писать на бумаге, т. к. его слои легко скользят друг по другу. Алмаз – изолятор, не имеющий свободных электронов, а графит – проводник электротока. Алмаз прозрачный, а графит сильно поглощает свет.

Проблемная задача: «Следствие ведут химики»
Цель: создать условия для продуктивной самостоятельной учебно – познавательной деятельности обучающихся, освоения общеучебных умений в работе с разными источниками информации.
Рекомендуемый возраст: 8,9,10,11 кл.
Оборудование: стеклянные стаканы с водой, гранулы гидрогеля (продаются в цветочных магазинах).

Дело о бриллиантах.

Знаменитый ювелир Фоскарини купил партию из ограненных бриллиантов. И ему надо было ее спрятать дома, грабители узнали, что он приобрел дорогой товар и решили украсть у него эти бриллианты. Они проникли в дом, перерыли все вверх дном, но не нашли, хотя они были на самом видном месте.

Задание. Решите эту задачу. Найдите «бриллианты». (Предварительно учитель помещает несколько шариков гидрогеля в стаканы с водой.)
Какое свойство алмазов использовал ювелир?

Ответ: бриллианты лежали в прозрачном графине с водой. Бриллианты так же как и вода пропускали солнечный цвет. Коэффициент преломления света для бриллианта и воды одинаковый. Таким образомФоскарини всех перехитрил. Существует еще неколько камней, например фианит, которым подделывали бриллианты. Бриллиант, фианит и кристаллы Сваровски. Бриллиант сделан из углерода. Фианитсделан из оксида циркония. А кристаллы Сваровски из хрустального стекла. Самый неуязвимый из них бриллиант.

Задача 2.

Два флоринтийских академика демонстрировали своим правителям опыт. Они взяли рубин и бриллиант и направили на два этих камня с помощью большой выпукло-вогнутой линзы солнечный свет.

Задание. Продолжите рассказ о двух академиках. Что они увидели? Попробуйте этот опыт объяснить, используя знания по химии.
Ответ: там где был бриллиант, на его месте ничего не осталось. Бриллианты горят, так как состоят из углерода. В 1814 году Хендрик и Майкл Фарадей показали на опыте, что бриллиант сгорает под линзой. Уголь, когда сгорает соединяется с кислородом и получается углекислый газ.

2.2.2. Исследования простого карандаша.

Цель: формирование исследовательских компетенций обучающихся, познавательных ууд, в том числе знаково – символических, моделирования, действия постановки и решения проблемы, развитие ассоциативного и аналитического мышления на базе метапредметного содержания эксперимента.
Оборудование: листы бумаги, простые карандаши разной степени твердости, учебники, пособия по химии, предметное стекло, скотч.
Используется презентация с фотографиями кристаллической решетки графита, алмаза.

2.2.2.1. Графит.

Графит и графика – однокоренные слова. С различными видами графики обучающиеся знакомились на уроках изобразительного искусства.

Графика(от греч. grapho – пишу, рисую) – один из видов изобразительных искусств. Графикой называют рисунок и отпечаток на листе бумаги (в древности – на папирусе, на пергаменте). Существует станковая графика (рисунок, эстамп, лубок), книжная графика (иллюстрации, виньетки, заставки, буквицы, титул, авантитул, переплет, обложка, суперобложка), журнальная и газетная графика, миниатюра (вариант книжной графики), промышленная графика, экслибрис, плакат, шелкография, линогравюра.

Графика связана с изображением на плоскости. Белая или цветная бумага, являющаяся основой графики, играет роль фона, на котором большую выразительность обретают линия, штрих, пятно.

Графит – одно из аллотропных модификаций углерода, имеет атомную кристаллическую решетку, слоистую структуру. Стержень обычного простого карандаша состоит из графита и глины, взятых в определенных соотношениях.

Рекомендуемый возраст: 8-9 класс.
А) Эксперимент 1: нарисуйте несколько линий на бумаге твердым и мягким простым карандашом. Как вы считаете, где глины больше? Почему?

(В зависимости от содержания глины карандаши различаются по твердости от 7Т до 6М, цифра при Т или М обозначает степень твердости или мягкости. Нетрудно вылепить грифель твердого карандаша, в котором много глины (6Т – это 68% каолина). Помните самодельных глиняных зверюшек? Труднее с мягкими карандашами. Глины мало, масса не лепится. Например, стержень 6М состоит из 80% графита и 20% каолина. Приходится добавлять связующее – пектиновый клей (кстати, на этом клее держатся этикетки консервных банок). Получают его из свекольных отходов. В апельсиновых корках пектина тоже 50%. Достаточно 6% пектинового клея, и масса для стержня 6М становится пластичной) . На листе бумаги простым карандашом нарисуйте дорожный знак. Обменяйтесь рисунками с соседом по парте. Что означают нарисованные вами дорожные знаки.

Рекомендуемый возраст: 8,9,10,11 класс.
Криптография (от крипто… и… графия) – тайнопись, специальная система изменения обычного письма, используемая с целью сделать текст понятным лишь для ограниченного числа лиц, знающих эту систему. Придумайте свою систему графических знаков (шифров).

Попробуйте найти ключ к данному посланию.
« Ёугчлхвеовзхфвгоосхустрсмпсжлчнгщлзмцёозусжг. Лпззхгхспрцбнулфхгооъзфнцбузыихнц. Зёстулпзрзрлзугкрссдугкрс.»
Прочитайте его.
(Для расшифровки нужно каждую букву нужно “перевести на три буквы назад”, то есть например: букву “З” в букву “Е” ; букву “Ё” в букву “Г” ; букву “С” в букву “О” ; букву “Б” в букву “Ю”)

Б) Моделирование.
Рекомендуемый возраст: 8 – 9 класс.
Проанализируйте строение кристаллической решетки графита с точки зрения механической прочности вещества по разным направлениям кристалла. Для этого используйте ассоциативную модель, например, пирожное «Наполеон». Почему карандаш «пишет»? Это физическое или химическое явление?
Домашнее задание. Используя подручные средства (пластилин, ягоды рябины и т.д,) постройте структурную решетку графита.

2.2.2.2. Графен.

А) Эксперимент.
Рекомендуемый возраст:8 – 9 класс.
Заштрихуйте мягким простым карандашом небольшую поверхность предметного стекла. (В качестве подложки можно использовать экран сотового телефона). Заклейте поверхность стекла скотчем. Затем оторвите скотч. На его поверхности отпечатается тонкий слой графита. Так был открыт новый материал графен.

Графе́н (англ. graphene) — двумерная аллотропная модификация углерода, образованная слоем атомов углерода толщиной в один атом, находящихся в sp²-гибридизации и соединённых посредством σ- и π-связей в гексагональную двумерную кристаллическую решётку. Его можно представить как одну плоскость графита, отделённую от объёмного кристалла. Графен обладает большой механической жёсткостью и рекордно большой теплопроводностью.

Высокая подвижность носителей заряда (максимальная подвижность электронов среди всех известных материалов) делает его перспективным материалом для использования в самых различных приложениях, в частности, как будущую основу наноэлектроники и возможную замену кремния в интегральных микросхемах. Двумерные слои графена почти прозрачные, однако настолько плотные, что даже самые маленькие молекулы не могут пройти сквозь слой.

Теоретическое исследование графена началось задолго до получения реальных образцов материала, поскольку графен является базой для построения трехмерного кристалла обычного графита. Однако получить графен экспериментально не удавалось. Интерес к нему возродился после открытия углеродныхнанотрубок, представляющих собой фактически свернутый в цилиндр монослой. Попытки получения графена, прикрепленного к другому материалу начались с экспериментов, использующих простой карандаш.

Основной способ получения графена основан на механическом отщеплении или отшелушивании слоёв графита на подложке окисленного кремния. Таким образом, стабилизация двумерной плёнки достигалась благодаря наличию связи с тонким слоем диэлектрика SiO2. За «передовые опыты с двумерным материалом — графеном» А. К. Гейму и К. С. Новосёлову была присуждена Нобелевская премия по физике за 2010 год.

После этого ученым удалось таким же способом получить двумерные кристаллы BN, MoS2, NbSe2, Bi2Sr2CaCu2Ox. Фактически открытие графена привело к созданию целого класса принципиально новых двумерных материалов с уникальными свойствами.

Б) Математическое моделирование.
Рекомендуемый возраст: 9 – 11 класс

Где в природе можно встретить шестигранные структуры? (Пчелиные соты) Попробуйте найти ответ на вопрос, почему пчелы строят именно шестигранные соты?
Оборудование: циркуль, лист бумаги, линейка, калькулятор.

а) Нарисуйте на листе три одинаковые окружности заданным радиусом, например, 3см. Отметьте произвольно точку на окружности и от нее тем же раствором циркуля сделайте 6 засечек, разделив, каждую окружность на 6 одинаковых частей. В 1-ю окружность впишите равносторонний треугольник, во вторую – квадрат, в третью – шестиугольник. Вычислите длину окружности по формуле. Найдите периметр каждой вписанной в окружность фигуры. (Можно использовать линейку, а можно – расчетные формулы.Если вы научились пользоваться формулами, позволящими рассчитывать сторону вписанной фигуры, то попробуйте вести расчеты, не делая рисунков). Сравните полученные результаты с длиной окружности. (Пчела использует геометрическую конструкцию, позволяющую из минимального количества строительного материала получить максимальную площадь.)

б) Определите площадь пчелиной ячейки, если длина грани – 2,7мм. (Найдите расчетную формулу площади шестиугольника в учебнике геометрии – 9кл)
Графен также состоит из шестиугольников, а значит имеет самую экономичную и эргономичную структуру.

В) Задание олимпиады «Покори Воробьевы горы»
Рекомендуемый возраст: 11 класс

Монослой графита – двумерную сетку правильных шестиугольников из атомов углерода– называют графеном. В 2004 г. А. Гейм и К. Новоселов, работающие в Англии, смогли выделить такой слой измонокристалла графита и разместить его в виде пленки на поверхности кремниевой подложки. В октябре 2010 г. это достижение было отмечено Нобелевской премией по физике.

1. Чему равна валентность углерода в графене?
2. Рассчитайте массу графенового квадрата размером 10×10 мм. Длину связи C–C в графите найдите в справочной литературе.
3. Для насыщения свободных валентностей углерод в графене способен образовывать связи с газообразными веществами. Чему равно максимальное число атомов водорода, которые может присоединить указанный выше графеновый квадрат?

Решение:http://www.chem.msu.su/rus/olimpiad/lomonosov/2011/zaoch.pdf
Ответ 1. валентность 3.
1. масса равна 76,1 нг
2. число атомов равно 3,82*1015

2.2.2. Активированный уголь. Адсорбция.

Активированный уголь имеет сходное с графитом строение. Активированный (активный) уголь — пористое вещество, которое получают из различных углеродосодержащих материалов органического происхождения, например, древесного угля или каменноугольного кокса. Содержит огромное количество пор и поэтому имеет очень большую удельную поверхность на единицу массы, вследствие чего обладает высокой адсорбцией. 1 грамм активированного угля имеет поверхность от 500 до 1500 м². Применяют в медицине и промышленности для очистки, разделения и извлечения различных веществ.

Адсорбция (от лат. ad – на, при и sorbeo – поглощаю), поглощение газов, паров или жидкостей поверхностным слоем твердого тела (адсорбента) или жидкости. Адсорбенты обычно имеют большую удельную поверхность – до нескольких сотен кв. м/г. Физическая адсорбция – результат действия дисперсионных или электростатических сил. Если адсорбция сопровождается химической реакцией поглощаемого вещества с адсорбентом, то она называется хемосорбцией.

В промышленности адсорбцию осуществляют в специальных аппаратах – адсорберах; применяют для осушки газов, очистки органических жидкостей и воды, улавливания ценных или вредных отходов производства.

В учебнике химии 9 класса (УМК Габриеляна О.С.)дается следующее определение адсорбции: способность вещества поглощать газы и растворенные вещества.

А) Эксперимент. Исследования адсорбционных свойств лекарственных препаратов домашней аптечки.
Рекомендуемый возраст: 9 класс

Цель: формировать регулятивные уд по планированию, подготовке, проведению и оценке достоверности эксперимента; познавательные уд по поиску и отбору информации, ее критическому осмыслению.
Реактивы: хлорид железа(+3) 1М раствор, лекарственные препараты, которые можно найти в домашней аптечке: активированный уголь, «Белый уголь», смекта, энтеросгель и другие.
Информация к размышлению.

«Как известно, в питьевой воде, которая поступает в квартиры курян, содержится большое количество железа. Это негативно влияет на здоровье людей. Поэтому в администрации Курска работы по вводу в строй станции обезжелезивания называют приоритетными. Причем, очистка воды будет происходить не химическим способом, а с помощью естественного фильтра – кварцевого песка.» (23)

Какие вещества можно использовать для очистки воды?

1. Прочитайте инструкцию по применению активированного угля. (Активированный уголь применяют для очищения желудочно-кишечного тракта от токсинов и некачественной пищи, для очищения организма от токсических продуктов обмена веществ, воспаления и аллергических процессов.)
2. Найдите информацию о других лекарственных препаратах, обладающих высокой адсорбционной активностью (состав, применение).
3. Сравните адсорбционные свойства препаратов (Это может быть, «Смекта», «Белый уголь», «Энтеросгель»).
Предположите, какой из препаратов обладает наибольшей адсорбционной активностью? Составьте план эксперимента по очистке воды. В качестве загрязнителя воды можно взять раствор хлорида железа.

Методика проведение эксперимента.

Одинаковые массы препаратов в порошке (0,5 г) поместите в пробирки, содержащие по 5 мл раствора хлорида железа. Смесь как можно чаще мешайте стеклянной палочкой. Наблюдайте за изменением цвета и прозрачностью раствора через определенные интервалы времени (1мин, 3мин, 5 мин, 10 мин, 30 мин, 1час). Опишите наблюдения. Сделайте вывод.

В чем вы видите недостатки данного эксперимента?
Попробуйте поэкспериментировать с растворами органических веществ, например, метилового оранжевого или проведите адсорбцию комплексного фенольного соединения H3[Fe(C6H5O)6], полученного в результате реакции салициловой кислоты с хлоридом железа, или раствора чая, кофе и др. Сравните адсорбцию органических и неорганических веществ данными препаратами.

Б) Моделирование.
В качестве домашнего задания из подручных средств изготовьте свой собственный фильтр, который можно использовать в экстренных ситуациях. Проведите испытания фильтра на окрашенных растворах, например, растворе чая, др. Попробуйте улучшить его адсорбционные качества. Для этого найдите информацию о фильтрах, которые широко применяются в бытовых условиях.

2.2.3. Опыты со свечой. Получение сажи и фуллеренов. 

Рекомендуемый возраст:8, 9, 10 класс.
Цель: развитие творческих способностей и критического мышления обучающихся на базе метапредметного и полинаучного содержания эксперимента, овладение приемами творческого поиска решений структурированных и неструктурированных задач, возникающих при проведении исследования.
Оборудование: свеча, предметное стекло или чайная ложка, тигельные щипцы или держатель, фильтровальная бумага, медная проволока, стеклянная трубка, стеклянные подсвечники или др. Для соблюдения мер по технике безопасности, работу со свечой удобно выполнять на металлическом основании лабораторного штатива.

А) Наблюдение

Зажгите свечу. Проведите наблюдение за пламенем свечи. Выделите зоны пламени. В пламени свечи, также как и в пламени спиртовки ясно видны три зоны: нижняя – самая темная, вторая зона – яркая, внешняя – самая яркая. Наблюдайте и опишите физические явления (плавление парафина, переход в газообразное состояние, капиллярное натяжение, действие силы тяжести, ламинарное пламя, аэродинамические свойства свечи) и химические явления при горении свечи (горение, восстановительное и окислительное пламя, образование углекислого газа и воды, образование сажи). Почему пламя свечи не шарообразное? Какие условия надо создать, чтобы пламя свечи таким стало?

Б) Эксперименты со свечой

а) Внутри пламени свечи образуется газ. Стеклянную трубку длиной до 15 см и диаметром 3 мм введите внутрь пламени (осторожно!) свечи вблизи фитиля. Один конец трубки держите с помощью жесткой проволоки, установите ее так, чтобы второй конец был немного выше первого.Скоро вы увидите, как из верхнего конца трубки выходит газ. Подожгите его. Зарисуйте опыт и объясните его сущность.

б) Охлаждение приводит к прекращению горения. Зажгите свечу и определите примерно диаметр пламени. Найдите стержень, ручку или карандаш, диаметр которого чуть больше, чем у пламени. Намотайте на стержень 5-10 витков толстой медной проволоки, чтобы общая длина спирали равнялась высоте пламени. “Оденьте” спираль на пламя свечи, оно гаснет. Медь, обладая высоким значением теплоемкости, вызывает резкое охлаждение воздуха и газов пламени, в результате свеча гаснет. Нагрейте предварительно медную спираль в пламени горелки и повторите опыт. Свеча продолжает гореть. Почему?

в) Для горения свечи нужен воздух. Насыпьте на противень равномерным слоем песок и поставьте на лист на некотором расстоянии друг от друга небольшие огарки свечи. Свечи зажгите и накройте одновременно стеклянными банками различной емкости. Первой гаснет свеча, накрытая самой маленькой баночкой; последней – свеча, накрытая самым большим сосудом. Почему? Выразите зависимость продолжительности горения свечи от объема банки в виде графика и определите по нему, через сколько времени погаснет свеча, накрытая банкой объемом 5 или 10 л.
Задание. Найдите информацию о гениальных технических открытиях, сделанных на основе изучения свечи. (Изобретение масляной лампы, газовой горелки, шахтерской лампы, исследования в области аэродинамики, турбулентности)

В) Эксперимент. Качественный анализ органических соединений

Поднесите стеклянный химический стакан к горящей свече. Он запотевает.
Ополосните химический стакан известковой водой, затем опять поднесите к пламени свечи. Капли известковой воды мутнеют. Сделайте вывод о качественном составе свечи.
На занятиях кружка эксперимент можно провести по – другому.

Если аккуратно и быстро опустить лист бумаги на горящую свечу, то на листе образуется кольцо. Оно более темное и желтоватое снаружи, а значит, внешняя часть пламени яркая из- за того, что в ней очень много твердых частичек углерода. В этой зоне образуются продукты сгорания парафина или воска. При ярком освещении пламя также отбрасывает тень, причем видна его внешняя сторона и верхняя часть, а центр не виден.

Г) Эксперимент. Получение сажи.

Возьмите тигельными щипцами или закрепите в держателе предметное стекло, внесите в зону темного конуса горящей свечи и подержите 3—5 с. Быстро поднимите стекло, посмотрите на нижнюю плоскость. Объясните, что там появилось.

Появилось черное пятно — это сажа (углерод) образовавшийся при горении парафина. Сотрите сажу фильтровальной бумагой. Можно ли использовать сажу в быту? Придумайте способы применения сажи. (Сажа позволяет улучшить механические свойства полимеров. Ее используют для производства шин. На протяжении многих лет шины армировались только углеродной сажей, но в настоящее время ей составляет конкуренцию осаждённый диоксид кремния. Сажу используют как краситель.)

Проделайте эксперимент с разными видами свечей: восковой, парафиновой, стеариновой. Входит ли углерод в состав этих веществ? Почему свеча горит ярко? (Из-за раскаленных частиц углерода) Предположите цвет пламени водородной горелки. (Бесцветный, так как при горении образуется вода).
Пламя бывает разным. Например, пламя свечи яркое, но не ослепительное, ацетилен горит ярким коптящим пламенем, у водорода пламя почти бесцветное, а метан горит голубоватым пламенем. Значит, некоторые вещества можно различать по цвету пламени.

Д) Демонстрационный эксперимент.

Качественное определение фуллеренов. В саже находится другая аллотропная модификация углерода – фуллерен.
Фуллере́н— молекулярное соединение, принадлежащее к классу аллотропных форм углерода и представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа атомов углерода.

Своим названием фуллерены обязаны инженеру и дизайнеру Ричарду БакминстеруФуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу. Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные грани (согласно теореме Эйлера для многогранников).

Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов — фуллерен (C60), в котором углеродные атомы образуют усечённый икосаэдр, состоящий из шестиугольников и пятиугольников, напоминает футбольный мяч.
Демонстрационный эксперимент по определению содержания фуллеренов в саже проводится под вытяжкой.

Оборудование: толуол 5мл,сажа, собранная обучающимися на стекле.
1г собранной на стекле свечной сажи помещают в 5мл толуола. Смесь перемешивают и отфильтровывают, получив окрашенный фильтрат фиолетово -красноватого цвета. (При присутствии фуллеренов наблюдается красно – фиолетовое окрашивание растворителя)
Назовите области применения фуллеренов (в медицине, энергетике, химическом катализе и др.)

Б) Математическое моделирование.
Какое соотношение пяти- и шестиугольников должно быть, чтобы воссоздать структуру фуллерена С60? Попробуйте, используя в качестве модели обычный футбольный мяч посчитать число пяти и шестиугольников. Найдите математическую закономерность и примените для расчета структуры фуллерена С60 (для С(60) – 20 шестиугольников и 12 пятиугольников). /Можно воспользоваться теоремой Эйлера для многогранников/

Ожидаемые результаты:

– приобретения опыта проектной и исследовательской деятельности;
– открытие новых личностно значимых предметных и метапредметных знаний;
– овладение эмпирическими и теоретическими методами познания (наблюдение, измерение, эксперимент, моделирование, исследование, установление закономерностей, выявление противоречий, формулирование проблем и гипотез, работа с разными источниками информации);
– формирование критического мышления;
– воспитание творческой личности.
Таким образом, использование метапредметных исследовательских задач позволяет значительно оптимизировать процесс обучения, поднять его на новый качественный уровень. Разработка и использование исследовательских заданий такого типа создают возможности для развития творческого потенциала и инновационного мышления обучающихся, формирования умений применять полученные знания в контексте повседневной жизни.
Данные методические разработки используются при обучении химии в МБОУ «СОШ №18им. А.С. Сергеева».

Заключение.

Анализ психолого-педагогической и методической литературы, апробирование экспериментальных заданий исследовательского характера в практической деятельности позволяют сделать выводы и обобщения по теме исследования.

Учебная исследовательская деятельность – это специально организованная, познавательная творческая деятельность обучающихся, по своей структуре соответствующая научной деятельности. Она характеризуется целенаправленностью, активностью, метапредметностью, мотивированностью и сознательностью, результатом которой является формирование познавательных мотивов, исследовательских умений, новых для учащихся знаний или способов деятельности.

1. Учебно-исследовательская деятельность, способствует выработке следующих универсальных учебных действий:

  • самостоятельно объяснять и доказывать новые факты, явления закономерности;
  • классифицировать, сравнивать, анализировать и обобщать ранее изученные явления, закономерности;
  • проводить эксперименты, выдвигать и обосновывать гипотезы;
  • устанавливать причинно-следственные связи и отношения;
  • рассматривать одни и те же факты, явления, закономерности под новым углом зрения;
  • применять научные методы исследования (теоретического анализа и синтеза, экспериментального, моделирования и т.д.);
  • находить несколько вариантов решения, выбирать и обосновывать наиболее рациональный;
  • рецензировать и оценивать собственную работу исследовательского характера, а также работы товарищей.

2. Разработанные метапредметные учебно-исследовательские экспериментальные задания по теме «Подгруппа углерода» имеют глубокое математическое содержание. Применение заданий такого уровня позволяет сделать видимыми, наглядными изучаемые процессы, сложные для понимания.

3. Данные учебные материалы были успешно апробированы в МБОУ «СОШ №18 им. А.С. Сергеева».

4. Использование учебных материалов такого уровня открывает широкие возможности для привлечения большого количества обучающихся к исследовательской и проектной деятельности, способствует формированию критического мышления школьников, повышает качество знаний по предметам естественно – научного цикла, содействует развитию творческого потенциала самого учителя.

Литература

1. Перминова Л.И. О взаимосвязи образовательных стандартов и преемственности высшего и среднего образования [Текст] /Л.И Перминова. // Химия в щколе.2013. №8 – С. 11 – 18.
2. Антонов, Д. А. Развитие творческой активности учащихся при работе над математическим текстом. [Текст] / Д. А. Антонов // Математика в школе. 1980. №3. – С.7-10
3. Федеральный образовательный стандарт среднего(полного) общего образования.(Утвержден приказом Министерства образования и науки РФ от 17 апреля 2012г.№413)
4. Иванова Р.Г. Общая методика обучения химии в школе / 4. Р.Г Иванова. – М.: Дрофа, 2008 160с.
5. Буряк, В. К. Самостоятельная работа учащихся по химии [Текст] / В. К. Буряк // М., 1984. 360с.
6. Далингер, В. А. Учебно-исследовательская деятельность учащихся в процессе изучения химии[Текст]/ «Вестник Омского государственного педагогического университета», 2007. -С.71-73
7. Дзанагова, Р. М. Раскрытие творческих способностей учеников в ученическом эксперименте. [Текст] /Р. М. Дзанагова //Химия в школе. 2011. №6 . -С. 31-35
8. Иванов, Г. Готовим юных исследователей [Текст] / Г. Иванов // Народное образование. 1999. № 6. -С.56-63
9. Кларин, М. В. Инновации в мировой педагогике: обучение на основе исследования. [Текст] – Рига, «Эксперимент», 1998. 31с.
10. Комарова, И. В. Организация учебно-исследовательской деятельности в средней школе (доклад, Региональная конференция пединициатив 2007) [Текст] // Петрозаводск, 2007
11. Крутецкий, В. А. Психология математических способностей школьников. / В. А. Крутецкий // [Текст] М.; Воронеж. 1998. 210с.
12. Ляхова, Л. В. Организация научно-исследовательской деятельности учащихся. [Текст] /Л. В. Ляхова //Химия в школе. 2009. №7. -С.45
13. Орлова, Л. А. Участие школьников в проектно-исследовательской работе. [Текст] / Л. А. Орлова //Химия в школе. 2008. №3. -С.66-75
14. Национальная образовательная инициатива «Наша новая школа», приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от « 6 » октября 2009 г. № 37
15. Пержинская, Е. В. Как организовать исследовательскую работу в 1 классе. [Текст] / Е. В. Пержинская //Химия в школе. -2010. № 5. -С. 55-57
16. Заграничная Н. А.О содержании химического образования. [Текст] /Н. А. Семенов //Химия в школе. 2012. №10. – С.22-23
17. Савенков, А. И. Психология исследовательского обучения. [Текст] / А. И. Савенков // Москва, Академия развития. 2005 г. 450с.
18. Савенков, А. И. Психологические основы исследовательского подхода к обучению. [Текст] / А. И. Савенков // М., 2006. 512с.
19. Смолкина, Е. В. Исследовательская деятельность учащихся как средство реализации личности в общеобразовательном пространстве. [Текст] / Е. В. Смолкина //Химия в школе. 2007. №2. -С. 28-31
20. Тихонова, Н. Б., Трошина Т. С. Обучение составления эвристических алгоритмов как способ развития творческих способностей старших школьников. /Н.Б. Тихонова// Химия в школе. 2004. №9.- С. 16-20.
21. Жилин Д.М. Заметки с Международной конференции по химическому образованию // Д.М. Жилин // Химия в школе.2012. № 10. -С. 44-45
22. Стрельникова Л. Н. Возьмите в руки карандаш// Л. Н. Стрельникова // Химия и Жизнь 1982. №7. – С. 38-43
23. www.chem.msu.su/rus/olimpiad/lomonosov/2011/zaoch.pdf
24. http://www.46tv.ru/line/kursk/021869/

Приложение

1. Проектная работа обучающихся МБОУ «СОШ № 18 им.А.С. Сергеева» ШНОУ «ЭКОС» (видеопроект) «История простого карандаша»
Музыка Васильева А.
Режиссер Зубарев М.
Слова Леканцевой Е., Паюдис Т.П.
Научный руководитель проекта Паюдис Т.П.
Я – карандаш, но не простой , хоть так меня назвали.
Про углерод – свой древний род я расскажу стихами.
Когда – то очень уж давно стояли древние леса.
Из них и получился уголь. Вот это , право, чудеса.
Он – топливо и адсорбент для жидкостей и газов.
Незаменимый реагент он для противогазов.
Шестьсот уж лет тому назад нашли графит крестьяне.
Графитом этим рисовать они картинки стали.
Так появился карандаш со страстною натурой.
Причина в том, что у него слоистая структура.
Да, интересная семья моя. Нас много в этом чудном мире.
Есть братья, сестры у меня благодаря аллотропии.
Хоть элемент един, но вездесущ, и даже в недрах станции,
работает моя аллотропная модификация.
Мой старший брат, друзья, алмаз. Он – роскошь и богатство.
Бриллиантов блеск слепит глаза и нам не оторваться
Он – самый твердый на Земле.
Конечно, очень дорогой.
Но он – мой брат, друзья, он – мой родной.
А фуллерен – футбольный мяч под микроскопом скачет.
Молекула в С60 , нанотехнолог даже плачет.
И нанотрубки им под стать со сложною фигурой.
Им уникальность придают молекулярные структуры.
Шагает 21 век. Научное открытие.
И появился вот графен, его увидеть не хотите ли.
Его возможностей не счесть.
Графен мы все так долго ждали.
И Нобелевскую премию мы физикам вручали.
Графит и уголь, и алмаз, графен, вы это не забыли?
Мы существуем все благодаря аллотропии.

2. Научно – исследовательский проект «Пока горит свеча» Лонгинова Мария МОУ «Средняя общеобразовательная школа №18 им. А.С. Сергеева» г. Курска
8 класс
Руководитель проекта учитель химии
Паюдис Т.П.

«Мело весь месяц в феврале,
И то и дело
Свеча горела на столе,
Свеча горела…»
Б. Пастернак

На первой практической работе по химии мы знакомились с лабораторным оборудованием, изучали строение пламени. В пламени спиртовки было выделено три зоны. Почему так происходит? В лекциях М.Фарадея «История свечи» читаем: «Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут».
Я читала лекции и думала о том, как много открытий, технических изобретений подарила миру одна удивительная маленькая свеча. В мире, в котором мы живем, очень много проблем, связанных с горением: энергетический кризис, экологические проблемы, борьба с пожарами, военные технологии. Каждый человек день за днем сталкивается с процессами горения, но не задумывается о том, как поведут себя при горении материалы, из которых сделаны самые обычные вещи, его окружающие.

Цель проекта: изучить физико-химические характеристики пламени свечи, изучить характер горения различных синтетических материалов, а также факторы, влияющие на интенсивность, характер и скорость горения.

Задачи:

1. Изготовить образцы свечей, изучить зависимость процесса горения свечей от формы, размера, материала.
2. Изучить влияние на горение такого фактора, как различное содержание кислорода и углекислого газа
3. Изучить характер горения различных синтетических материалов, применяемых при отделке помещений, обивке мебели, в упаковках и игрушках.

Методы исследования:

1. Изучение научной литературы
2. Наблюдение.
3. Гравиметрический анализ
4. Титриметрический анализ.
5. Моделирование условий горения.

Горение – процесс экзотермический, сопровождающийся выделением тепла и света, при этом химическая энергия молекул переходит в тепловую. В процессе горения осуществляется естественная конвекция. Горение начинается тогда, когда преодолевается критическая температура воспламенения. При горении свечи окисляется газообразное вещество. Восходящий ток воздуха придает пламени продолговатую правильную форму. По характеру перемещения реакционной среды пламя свечи – ламинарное (движение газов послойное). При турбулентном движении газа происходят пульсации как в направлении движения так и поперёк. Турбулентные процессы значительно эффективнее ламинарных.

По температуре пламя свечи низкотемпературное в отличие от водородного пламени, но яркое из – за частиц углерода. И распространяется не снизу вверх, а сверху вниз. В пламени свечи ясно видны три зоны: в нижней тёмной зоне из – за недостатка окислителя – кислорода горения практически не происходит. Вещества из жидкого состояния переходят в газообразное. В светящейся зоне, расположенной ближе к центру,- происходит термическое разложение вещества и частичное его сгорание. Это – восстановительное пламя. В яркой, внешней самой горячей части пламени находится окислительное пламя. Здесь горючие вещества практически полостью превращаются в продукты горения. Едва светящаяся верхняя зона характеризуется окончательным сгоранием продуктов разложения.
Цвет пламени зависит от многих факторов наиболее важные: температура, наличие в пламени микрочастиц и ионов.

В состав органического вещества свечи входят углерод и водород. Это доказывается экспериментально. При горении образуется углекислый газ и вода, а также сажа. Сажа представляет собой класс материалов из мелкодисперсных углеродных частиц, четко разграниченных между собой.

Зная, что фуллерены –молекулярные углеродные соединения, выделяют из сажи, полученной электродуговым методом, предположили, что в свечной саже тоже есть частицы наноразмеров. С этой целью 1г собранной на стекле свечной сажи поместили в 5мл толуола. Смесь перемешали и отфильтровали, получив окрашенный фильтрат красноватого цвета. (При присутствии фуллеренов наблюдается красно – фиолетовое окрашивание растворителя) Для более точного исследования фильтрат свечной сажи в толуоле подвергли спектральному анализу на спектрофотометре СФ – 46. Полученный спектр сравнили с графиком спектрального анализа фуллеренов, найденном в научной литературе.

Электронные спектры поглощения смесей С60+С70
в УФ/видимой области, полученные нафотоэлектроколориметре КФК-2
Исследование оптической плотности полученного фильтрата показало, что результаты спектрального анализа близки к результатам раствора фуллеренов в толуоле. Это указывает на присутствие небольшого количества фуллеренов в саже парафиновой свечи.

Свечу можно изготовить из различных материалов: воска, стеарина, парафина,
Восковые свечи не формуют. Парафиновые и стеариновые свечи изготавливают следующим способом: в форму с фитилем, сделанным из пеньки, заливают расплавленный парафин. Он застывает, немного уменьшаясь в объеме.

В домашних условиях, если нет парафина или воска, свечу можно изготовить из обычного мыла. Основной компонент мыла – стеарат натрия. Мыльную стружку разводят водой, а затем приливают кислоту: соляную, уксусную. Стеариновая кислота всплывает в виде хлопьев. Ее фильтруют, промывают и отжимают.прессуют. Стеарин расплавляют и заливают в форму с фитилем.

Для исследования свечей на экономичность и яркость были отобраны образцы разного диаметра, форм, изготовленные из разных органических веществ: воска, парафина, стеарина. Исследования проводились с применением гравиметрического анализа. Они показали, что самая яркая свеча – восковая, Наименьшее пламя оказалось у фигурной парафиновой свечи. Самой экономичной оказалась круглая стеариновая свеча. Самая неэкономичная .с коптящим пламенем – гелиевая свеча. На характер горения свечи влияет не только материал, из которого она изготовлена, но и форма. Лучшая форма для свечи – цилиндрическая, Благодаря ей достигается равномерный восходящий приток воздуха , лучший материал – воск.

Для нахождения средней скорости выделения углекислого газа применен метод прямого титрования. Зная, что углекислый газ реагирует со щелочами, для титрования был приготовлен 0,1М раствор соляной кислоты (фиксанал), выбран индикатор фенолфталеин, так как интервал его перехода равен9. Раствор дотитровывается с применением индикатора метил оранж

NaOH + HCl = NaCl + H2O
Na2CO3 + HCl = NaCl + NaHCO3
NaHCO3+ HCl = NaCl + H2O+ CO2)

Установлен титр гидроксида натрия. – 0,09 моль/л.
В эксперименте горящая свеча помещается в стеклянный колокол объемом 5л. Вместе со свечей ставится кристаллизатор с избытком раствора гидроксида натрия.
Количество углекислого газа по уравнению реакции равно 0,49*10-3моль. Тогда скорость выделения углекислого газа при горении свечи в среднем равна 0,58 *10-5моль/л сек
Если считать, что концентрация углекислого газа в воздухе равна 0,03%, то после эксперимента она выросла до 0,202%, т.е. увеличилась в 67раз. Таким образом, на характер, скорость горения влияет в большей степени не содержание углекислого газа, а содержание кислорода.

Очень часто в быту и при отделке помещений применяются синтетические органические материалы. Они долговечны, красивы, практичны. Органические полимеры тоже, как и свечи в составе имеют значительное количество углерода и водорода, а значит способны гореть, т.е. пожароопасны. Кроме углерода и водорода, в состав полимеров входят кислород, азот, хлор и другие элементы. При исследовании горения полимерных материалов были использованы все меры безопасности: Продукты горения проверялись на растворимость в щелочи и серной кислоте. Для эксперимента были взяты образцы мягкой игрушки, ковролина, мебельной обивки, поролон, линолеум, пенопласт, клеенка для стола, упаковочный стакан.

Продукты горения у свечи и полимеров различны. У свечи – углекислый газ, вода, сажа –они не опасны для здоровья человека; продукты горения полимеров – твердые, плохо растворяются в кислотах и щелочах,и газообразные ( кроме углекислого газа и воды выделяется угарный газ, цианиды, хлороводород и другие). Они опасны для здоровья человека. Исследование характера горения свечи и синтетических органических материалов, используемых в быту, выявило много существенных отличий: характер распространения( характер пламени, скорость горения продукты горения.)

Исследование показало, что по продуктам горения полимеров можно определить некоторые исходные вещества. Были определены: ацетатное волокно и волокно лавсан, поливинилхлорид. Доказано наличие хлора в составе линолеума, пластиковой скатерти. При выборе отделочных материалов, игрушек, мягкой мебели необходимо знать о горючести и пожароопасности синтетических полимерных материалов, высокой токсичности продуктов горения этих веществ. К таким материалам относятся прежде всего поролон и пенопласт, поэтому не следует их применять для отделки образовательных учреждений .

Изучение особенностей, характера горения органических веществ, прежде всего обычной свечи поможет сохранить жизнь и здоровье людей, решить многие экологические проблемы, получить полимерные материалы высокой пожароустойчивости.

«…И я хотел уйти куда попало,
закрыть свой дом и не найти ключа,
но верил я, не все еще пропало,
пока не меркнет свет, пока горит свеча…»
А. Макаревич»

Литература

1. Габриелян О.С. Настольная книга учителя химии – Москва «Дрофа» 2003
2. Фарадей М. История свечи – Москва Изд «Наука» 1980.
3. Кузьменко Н.Е.,ЕреминВ.В.,Попков В.А. Начала химии –Москва изд. «Экзамен» 2010
4. Новожилов Б.И. Что такое горение? -Москва Изд .«Наука» 1985
5. Габриелян О.С.Лысова Г.Г. Химия – 11 класс
6. Леенсон И. , Аксенова М., Мартынова С.Энциклопедия для детей (химия) –Москва изд. Астрель 2007
7. Котонаева В. Г. Аналитическая химия. Методические указания к лабораторным работам по титриметрическому анализу для студентов. Тюменский государственный университет, 1999 г.
8. Степин Б.Д. Аликберова Л.Ю. Занимательные задания и эффектные опыты по химии


sertificat

Понравился материал? Поделитесь с друзьями!

 

 

Яндекс.Метрика