Межпредметные связи в курсе школьного предмета химии на примере углерода и его соединений

“Химик без знания физики подобен человеку, который всего должен искать ощупом. И сии две науки так соединены между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут”

М.В. Ломоносов.

Эти слова подтверждаются делом, когда первые химические понятия строятся на тех знаниях учеников, которые они получают на уроках физики.

8 класс. При изучении темы “Первоначальные химические понятия” можно использовать знания учащихся важных понятий, сформированных в курсе физики 7 класса. К ним относятся: тело, вещество, атом, молекула, физические и химические явления, внутренняя энергия, температура. Из курса физики учащимся известны также общие сведения о строении твердых тел, жидкостей и газов, положения молекулярно кинетической теории.

Необходимо учитывать, что большинство физических понятий находятся в процессе формирования, а поэтому на данном этапе обучения учащихся эти понятия сформированы еще недостаточно строго. Это относится и к таким изначальным понятиям, как тело и вещество. Под физическим телом учащиеся понимают каждое из окружающих тел, а под веществом - один из видов материи.

Достаточно полное представление получили учащиеся в 7 классе на уроках физики о молекулах. Они узнали, что молекулы - мельчайшие частицы вещества, кроме того им известно, что молекулы одного вещества одинаковы, что они находятся в непрерывном движении. На уроках химии это понятие углубляется, расширяется.

На уроках физики учащиеся знакомятся с понятием массы вещества, которое вводится в процессе анализа опыта по взаимодействию тележек. Этот опыт исключает в дальнейшем путаницу в понятиях вес тел, их масса.

В 7 классе начинается формирование первых представлений об энергии. Учащиеся узнают, что энергию, определяемую взаимным расположением тел, называют потенциальной, а энергию движущихся тел - кинетической. Каждое тело, состоящее из большого числа частиц (атомов и молекул) обладает внутренней энергией, характеризующейся суммой кинетической и потенциальной энергий всех частиц.

Межпредметные связи химии и физики могут быть реализованы не только в процессе формирования теоретических, химических понятий, но и при проведении практических работ. Так, при изучении темы “Вода. Основания. Растворы.” Учащиеся выполняют практическую работу по приготовлению раствора соли с заданной массовой долей. Для проведения данной работы необходимо взвесить соль. С правилами же взвешивания на рычажных весах учащиеся познакомились на уроках физики в 7 кл.

При изучении темы “Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева” можно опереться на знания учащихся о строении атомов, полученные ими на уроках физики в начале 8 класса. На основе изучения схемы опыта Резерфорда учащиеся узнали, что атомы состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов, что ядро массивно и заряжено положительно. По величине этот положительный заряд равен суммарному отрицательному заряду всех электронов, движущихся вокруг ядра. Поэтому атом в целом электронейтрален. На практике мне удалось опробовать данную тему. Надо отметить, что тема сложна, т.к. требует большого пространственного воображения. Для того, чтобы у детей осталось в памяти строение атома, предлагала им следующую схему:

Атом⁰

Ядро⁺

В процессе дальнейшего развития представлений о строении атома учащиеся узнают, что основной его характеристикой является заряд ядра, что ядро состоит из протонов и нейтронов и число электронов в атоме равно числу протонов. Все эти знания можно использовать при объяснении физической сущности основных характеристик периодического закона Д.И. Менделеева.

При изучении темы “Химическая связь” могут быть использованы знания учащихся об ионах и их зарядах, о взаимодействии заряженных частиц (тел), электрическом поле.

В курсе физики 7 кл. - начала 8 кл. учащиеся узнают о том, что в результате отрыва электронов от атомов или, наоборот, присоединения электронов к атому образуются ионы. Физики ионом называют заряженный атом, у которого число электронов не соответствует числу протонов. Поэтому на уроках химии учащиеся первое время могут называть ионы заряженными атомами.

При изучении темы “Основные закономерности протекания химических реакций” можно использовать знания учащихся о скорости и равновесии, полученные ими в курсе физики 7 и 8 классов. Под скоростью (средней и мгновенной) учащиеся понимают отношение величины перемещения тела к промежутку времени, в течение которого произошло это перемещение

v_ср = s/t; v_мг = S/t,

где v_ср - средняя скорость, v_мг - мгновенная скорость. Знак означает небольшое изменение.

Реализация межпредметных связей химии и физики в 8 классе при изучении видов химических связей может быть произведена с целью углубления химических понятий, их формулировки. Рассмотрим возможный пример взаимосвязи двух дисциплин при изучении ионной связи.

Урок начинаем с повторения известного учащимся материала по следующим вопросам: Что называется ионами? По каким свойствам отличаются ионы от атомов? На какие две группы можно разделить ионы по знаку их зарядов?

Затем переходим к объяснению химических явлений, приводящих к появлению ионов.

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.

1.6 Межпредметные связи при решении расчетных задач

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.

1.7 Химия элемента углерода и его соединений