Применение модели личностно-ориентированного обучения при изучении темы "Целлюлоза"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Изучение целлюлозы строится в плане постоянного сравнения с крахмалом. Это позволяет закрепить знание предыдущего материала и глубже понять особенности целлюлозы как природного полимера. Некоторое отличие данного раздела состоит в том, что, кроме вопросов, обсуждавшихся при изучении крахмала, здесь полнее рассматриваются химические свойства вещества (образование сложных эфиров) и его техническое использование.

Глава 1. ТЕХНОЛОГИЯ ЛИЧНОСТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО

ОБУЧЕНИЯ

В педагогике и педагогической психологии до настоящего момента были предприняты различные попытки определить сущность личностно-ориентированного обучения (Т.И. Кулыпина, Е.В. Бондаревская, В.П. Сериков, И.С. Якиманская).

По мнению И.С. Якиманской, признание ученика главной действующей фигурой всего образовательного процесса и есть личностно-ориентированная педагогика. Для выстраивания модели личностно-ориентированного обучения она считает необходимым различать следующие понятия.

Разноуровневый подход - ориентация на разный уровень сложности программного материала, доступного ученику.

Дифференцированный подход - выделение групп детей на основе внешней (точнее, смешанной) дифференциации: по знаниям, способностям, типу образовательного учреждения.

Индивидуальный подход - распределение детей по однородным группам: успеваемости, способностям, социальной (профессиональной) направленности.

Субъектно-личностный подход - отношение к каждому ребёнку как к уникальности, несхожести, неповторимости. В реализации этого подхода, во-первых, работа должна быть системной, охватывающей все ступени обучения. Во-вторых, нужна особая образовательная среда в виде учебного плана, организации условий для проявления индивидуальной избирательности каждого ученика, её устойчивости, без чего невозможно говорить о познавательном стиле. В-третьих, нужен специально подготовленный учитель, который понимает и разделяет цели и ценности личностно-ориентированного образования.

Проведенный анализ различных подходов к пониманию личностно-ориентированного обучения позволил нам занять собственную научную позицию и под личностно-ориентированным обучением понимать такой тип образовательного процесса, в котором личность ученика и личность учителя выступают как его субъекты; целью обучения является развитие личности ребёнка, его индивидуальности и неповторимости; в процессе обучения учитываются ценностные ориентации ребёнка и структура его убеждений, на основе которых формируется его «внутренняя модель мира», при этом процессы обучения и учения взаимно согласовываются с учётом механизмов познания, особенностей мыслительных и поведенческих стратегий учащихся, а отношения учитель-ученик построены на принципах сотрудничества и свободы выбора

Модель личностно-ориентированной школы существенно отличается от других существующих моделей и педагогических систем. В первую очередь, тем, что она предоставляет ребёнку большую свободу выбора в процессе обучения. В её рамках не ученик подстраивается под сложившийся обучающий стиль учителя, а учитель, обладая разнообразным технологическим инструментарием, согласует свои приёмы и методы работы с познавательным стилем обучения ребёнка. Личностно-ориентированный урок в отличие от традиционного в первую очередь изменяет тип взаимодействия " учитель - ученик". От командного стиля педагог переходит к сотрудничеству, ориентируясь на анализ не столько результатов, сколько процессуальной деятельности ученика. Изменяется позиция ученика - от прилежного исполнения к активному творчеству, иным становится его мышление: рефлексивным, то есть нацеленным на результат. Меняется и характер складывающихся на уроке отношений. Главное же в том, что учитель должен не только давать знания, но и создавать оптимальные условия для развития личности учащихся. В чём же различие личностно-ориентированного урока от традиционного?

1. Целеполагание. Цель - развитие учащегося., создание таких условий, чтобы на каждом уроке формировалась учебная деятельность, превращающая его в субъекта, заинтересованного в учении, саморазвитии. На уроке постоянный диалог - учитель - ученик.

2. Деятельность учителя. Организатор учебной деятельности, в которой ученик, опираясь на совместные наработки, ведёт самостоятельный поиск. Центральная фигура - ученик! Учитель же специально создаёт ситуацию успеха, сопереживает, поощряет.

3. Деятельность ученика. Ученик является субъектом деятельности учителя. Деятельность идёт не от учителя, а от самого ребёнка. Используются методы проблемно - поискового и проектного обучения, развивающего характера.

4. Отношения "учитель - ученик». Субъектно-субъектные. Работая со всем классом, учитель фактически организует работу каждого, создавая условия для развития личностных возможностей учащегося, включая формирование его рефлексивного мышления и собственного мнения.

При подготовке и проведении личностно ориентированного урока учитель должен выделить основополагающие направления своей деятельности, выдвигая на первый план ученика, а затем деятельность, определяя собственную позицию.

Важно отметить, что практически все ныне существующие образовательные технологии являются внешне ориентированными по отношению к личностному опыту учащихся.

В отечественной педагогике и педагогической психологии дидактика исторически строилась на основе разработок Л.С. Выготского, базировавшихся на идее передачи знаний, умений и навыков по принципу «внешнее во внутреннее». Реализация данного принципа в педагогике и являлась основой для субъект-объектных отношений, где ученик получает, а учитель активно передает знания и опыт. При этом ученик должен был адаптироваться к формам, методам, способам и приемам работы учителя.

С.Л. Рубинштейн в своей работе «Бытие и сознание» предлагает иной подход к организации процесса познания - «внешнее через внутреннее» - что, с нашей точки зрения, означает принципиально иную организацию обучения: создание условий, в которых ученик может выбирать собственный способ познания в соответствии со своими особенностями, личностными смыслами, познавательными и когнитивными предпочтениями.

К сожалению, реализация этого принципа все еще не нашла адекватного отражения в современной дидактике.

Традиционно способности связываются с успешностью в деятельности и, являются более высоким уровнем (метауровнем) по отношению к действиям, представляя собой обобщение различного арсенала действий и поведенческого репертуара. Так как реализация способностей происходит через конкретное поведение и действия, следовательно, качественные основания для определения способностей следует искать в структуре поведения, соответствующего данной способности. Для того чтобы выйти на метауровень, а не остаться на поведенческом уровне рассмотрения, необходимо ввести дополнительную поведенческую характеристику, которая позволяла бы качественно различать разнообразные аспекты действий. Для этого предлагается ввести промежуточное понятие между деятельностью и способностями. Образовательная модель строится на следующих принципах:

· Целью обучения должно быть развитие личности.

· Учителя и ученики являются равноправными субъектами обучения.

· Учитель прежде всего является партнером, координатором и советчиком в процессе обучения, а лишь затем лидером, образцом и хранителем «эталона».

· Обучение должно основываться на уже имеющемся личностном опыте ребенка.

· Прежде чем обучать детей конкретным знаниям, умениям и навыкам, необходимо развить их способы и стратегии познания.

· Познавательные стратегии учащихся должны быть зеркально отражены в образовательных технологиях.

· В процессе обучения ученики должны обучаться тому, КАК эффективно учиться.

· В процессе познавательной деятельности важно учитывать личностные смыслы (семантику), которыми пользуется конкретный ученик для собственного осмысления, понимания и применения знаний.

· В процессе познания приоритетным должны быть эвристические способы познания.

· Презентация любой информации должна затрагивать как можно больше способов её переработки учеником. Особенно это касается сенсорных систем восприятия: визуальной (вижу), аудиальной (слышу), кинестетической (чувствую) и операций логического мышления (индукции, дедукции и традукции).

· Логика построения учебного предмета должна сначала исходить из закономерностей и особенностей восприятия ребенка, а лишь затем согласовываться с логикой построения конкретной области знания (например, русского языка как школьного предмета).

· Познавательный стиль ученика и обучающий стиль ребенка должны быть согласованы в процессе обучения.

· Образовательные микротехнологии урока необходимо строить на основе изучения внутренних механизмов познавательных процессов с учетом особенностей познавательных микростратегий.

· Система оценивания должна строиться на основе рефлексии и содержать как качественные, так и количественные способы оценивания.

· В творческой деятельности ребенок прежде всего является автором своей работы, и лишь затем приобщается к образцам мировой культуры.

· Художественный вкус развивается на основе имеющегося личностного опыта.

· «Вектор направленности» воспитательных технологий должен исходить от личности к коллективу.

Личностно ориентированный подход в обучении немыслим без выявления субъектного опыта каждого ученика, то есть его способностей и умений в учебной деятельности. Но ведь дети, как известно, разные, опыт каждого из них сугубо индивидуален и имеет самые разные особенности. Учителю при подготовке и проведении личностно ориентированного урока надо знать характеристики субъектного опыта учащихся, это поможет ему выбрать рациональные приёмы, средства, методы и формы работы индивидуально для каждого. Цель дидактического материала, применяемого на таком уроке, состоит в том, чтобы отработать учебную программу, обучить учащихся необходимым знаниям, умениям, навыкам. Виды дидактического материала: учебные тексты, карточки - задания, дидактические тесты.

Технология личностно ориентированного обучения предполагает специальное конструирование учебного текста, дидактического и методического материала к его использованию, типов учебного диалога, форм контроля за личностным развитием школьника.

Педагогика, ориентированная на личность ученика, должна выявлять его субъектный опыт и предоставлять ему возможность выбирать способы и формы учебной работы и характер ответов. При этом оцениваются не только результаты, но и процесс их достижения.

Глава 2. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧАЕМОГО ВОПРОСА В

СОВРЕМЕННОЙ РОССИЙСКОЙ ШКОЛЕ

Преподавание темы «Целлюлоза» начинается с 10 класса, второго полугодия. При изучении этой темы пользуются учебником химии под редакцией Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман, также учебником за 10 класс под редакцией Н.С. Ахметова. Дидактическим материалом служит книга по химии для 10 классов под редакцией А.М. Радецкого, В.П. Горшкова; используются задания для самостоятельной работы по химии за 10 класс под редакцией Р.П. Суровцева, С.В. Софронова; используется сборник задач по химии для средней школы и для поступающих в вузы под редакцией Г.П. Хомченко, И.Г. Хомченко. В 10 классе на изучение закономерностей протекания химических реакции отводится 7 ч [3, 4].

План изучения темы

Углеводы (7 ч)

Моно-, ди- и полисахариды. Представители каждой группы.

Биологическая роль углеводов. Их значение в жизни человека и общества.

Моносахариды. Глюкоза, ее физические свойства. Строение молекулы. Равновесия в растворе глюкозы. Зависимость химических свойств глюкозы от строения молекулы. Взаимодействие с гидроксидом меди (II) при комнатной температуре и нагревании, этерификация, реакция «серебряного зеркала», гидрирование. Реакции брожения глюкозы: спиртового, молочнокислого. Глюкоза в природе. Биологическая роль глюкозы. Применение глюкозы на основе ее свойств. Фруктоза как изомер глюкозы. Сравнение строения молекул и химических свойств глюкозы и фруктозы. Фруктоза в природе и ее биологическая роль.

Дисахариды. Строение дисахаридов. Восстанавливающие и невосстанавливающие дисахариды. Сахароза, лактоза, мальтоза, их строение и биологическая роль. Гидролиз дисахаридов. Промышленное получение сахарозы из природного сырья.

Полисахариды. Крахмал и целлюлоза (сравнительная характеристика: строение, свойства, биологическая роль). Физические свойства полисахаридов. Химические свойства полисахаридов. Гидролиз полисахаридов. Качественная реакция на крахмал. Полисахариды в природе, их биологическая роль. Применение полисахаридов. Понятие об искусственных волокнах. Взаимодействие целлюлозы с неорганическими и карбоновыми кислотами - образование сложных эфиров.

Демонстрации. Образцы углеводов и изделий из них. Взаимодействие сахарозы с гидроксидом меди (II). Получение сахарата кальция и выделение сахарозы из раствора сахарата кальция. Реакция «серебряного зеркала» для глюкозы. Взаимодействие глюкозы с фуксинсернистой кислотой. Отношение растворов сахарозы и мальтозы (лактозы) к гидроксиду меди (II) при нагревании. Ознакомление с физическими свойствами целлюлозы и крахмала. Набухание целлюлозы и крахмала в воде. Получение нитрата целлюлозы.

Лабораторные опыты. 20. Ознакомление с физическими свойствами глюкозы. 21. Взаимодействие глюкозы с гидроксидом меди (II) при обычных условиях и при нагревании. 22. Взаимодействие глюкозы и сахарозы с аммиачным раствором оксида серебра. 23. Кислотный гидролиз сахарозы. 24. Качественная реакция на крахмал. 25. Знакомство с коллекцией волокон.

Экспериментальные задачи. 1. Распознавание растворов глюкозы и глицерина. 2. Определение наличия крахмала в меде, хлебе, маргарине.

Глава 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ

«ЦЕЛЛЮЛОЗА»

личностный целлюлоза крахмал полисахарид

Изучение целлюлозы строится в плане постоянного сравнения с крахмалом. Это позволяет закрепить знание предыдущего материала и глубже понять особенности целлюлозы как природного полимера. Некоторое отличие данного раздела состоит в том, что, кроме вопросов, обсуждавшихся при изучении крахмала, здесь полнее рассматриваются химические свойства вещества (образование сложных эфиров) и его техническое использование.

Не касаясь методики изучения всех вопросов, остановимся лишь на тех, которые требуют дополнительного разъяснения.

Строение целлюлозы. Необходимость выяснения строения целлюлозы возникает из того факта, что простейшая и молекулярная формулы ее аналогичны формулам крахмала. Для учащихся очевидно, что при одинаковом составе эти вещества существенно различаются по свойствам. В чем же причина этого?

Могут быть высказаны разные предположения, например, что вещества различаются числом структурных звеньев в макромолекулах, структурой макромолекул, строением звеньев C₆H₁₀O₅. Отметив все это, следует перейти к обсуждению каждого из них. Указав на более высокую относительную молекулярную массу целлюлозы по сравнению с крахмалом, целесообразно предложить учащимся определить число звеньев (значение п) для какого-нибудь из видов целлюлозы (например, льняного волокна, молекулярная масса которого порядка 5 900 000).

Можно ли особенности свойств целлюлозы объяснить более высокой относительной молекулярной массой? Основываясь на прежних представлениях, учащиеся обычно дают положительный ответ. Они склонны считать, что и прочность, и нерастворимость целлюлозы зависят от того, что молекулы ее больше молекул крахмала и потому сильней притягиваются друг к другу.

Такой ответ следует одобрить как свидетельствующий о понимании учениками общей закономерности и одновременно указать на его недостаточность.

В поисках других причин прочности и нерастворимости целлюлозы учащиеся иногда приписывают ей пространственную, трехмерную структуру. Сообщение учителя о том, что она не имеет не только трехмерной, но и разветвленной структуры, вызывает у них недоумение, так как им известно (на примере каучука и резины) о влиянии пространственной структуры на прочность полимеров. Противоречие разрешается, когда учитель, характеризуя линейную структуру целлюлозы, говорит об упорядоченном расположении макромолекул и о возрастающих в связи с этим межмолекулярных силах. Представление об упорядоченном (ориентированном) и неупорядоченном расположении макромолекул целлюлозы иллюстрируется рисунком. Обсуждается, почему целлюлоза образует прочные волокна и почему это не характерно для крахмала. Здесь важно подчеркнуть, что между упорядоченно расположенными макромолекулами целлюлозы устанавливаются многочисленные водородные связи: кислородные атомы гидроксильных групп одной молекулы электростатически взаимодействуют с атомами водорода гидроксильных групп другой молекулы. В крахмале же большинство молекул имеет разветвленное строение, поэтому возможностей для установления водородных связей меньше.

Если ранее говорилось о строении макромолекул крахмала из звеньев а-глюкозы, то, естественно, должно быть рассмотрено и строение макромолекул целлюлозы из звеньев (5-глюкозы. Объяснение ведут, пользуясь заранее подготовленной схемой, на которой, как и на схеме строения крахмала из остатков а-глюкозы, могут не обозначаться все атомы элементов:

Здесь снова следует обратить внимание на условность изображения валентных связей атома кислорода, соединяющего циклы. Такая еще более необычная запись вызвана тем, что приходится показывать отщепление воды от гидроксильных групп, расположенных на схеме далеко друг от друга (по разные стороны кольца молекулы).

На схемах учащиеся должны выделить структурное звено макромолекулы.

На основе сопоставления тонкого строения крахмала и целлюлозы может быть пояснено, почему крахмал является для человека важным продуктом питания, а целлюлоза служить им не может (ферменты, способствующие расщеплению связей между звеньями а-глюкозы при гидролизе крахмала в организме, не действуют на связи между звеньями 0-глкжозы в целлюлозе). Такое разъяснение можно дать при обсуждении строения целлюлозы пли же ее химических свойств (реакции гидролиза). Все указанные различия в строении крахмала и целлюлозы обобщают учащиеся. Одновременно с этим они должны показать понимание особенностей строения волокон и причины их высокой прочности.

Химические свойства. Обсуждение горючести целлюлозы должно быть связано с практическим использованием вещества. Разумеется, что опыт, иллюстрирующий это свойство, ставить не нужно.

Второе свойство - термическое разложение древесины (сухую перегонку) следует продемонстрировать или же тщательно разобрать опыт, проводившийся при изучении неорганической химии. Ранее, при анализе его, основное внимание обращалось на обугливание древесины и выделение горючего газа. Здесь указывают на образование жидких продуктов, в их числе метилового спирта, ацетона, уксусной кислоты. В демонстрационном опыте констатируют лишь появление кислоты в продуктах разложения (проба на лакмус). Опыт более крупного масштаба с извлечением органических веществ проводят во внеурочное время.

Далее проверяют наличие у целлюлозы свойств, присущих крахмалу, т. е. способность ее гидролизоваться. Предположение о таком свойстве можно сделать на основе сходства в строении Углеводов из остатков молекул глюкозы. Опыт ставят, подвергая гидролизу фильтровальную бумагу [43, 47]. Несколько больше времени требует демонстрация гидролиза древесины, но этот опыт; интереснее в том отношении, что иллюстрирует начальную стадию; гидролизного производства этилового спирта. Промежуточные продукты гидролиза целлюлозы не представляют особого интереса, поэтому их можно не отмечать и уравнение реакции составлять в суммарном виде:

Следует также записать его с обозначением отдельных звеньев целлюлозы, как это было дано ранее для крахмала.

Наконец, обсуждается свойство целлюлозы давать простые и * сложные эфиры.

Обращаясь к строению целлюлозы, устанавливают, что в каждом ее звене содержатся три гидроксильные группы. Все они могут вступать в реакции образования эфиров. В обычной формуле целлюлозы эти гидроксильные группы выделяют следующим образом: [С₆Н₇О₂(ОН)з]n.

Наибольшее значение имеют сложные эфиры целлюлозы. Вначале рассматривается образование эфиров азотной кислоты как сравнительно простых по строению и позволяющих провести необходимые опыты [43, 47]. Учащимся разъясняют условия нитрования целлюлозы. Небольшой кусочек заранее подготовленной нитроцеллюлозы учитель сжигает на ладони (сгорает так быстро, что ожога не происходит), демонстрирует опыт с выбрасыванием неплотно вставленной в трубку пробки [47]. Нитрование целлюлозы в условиях школьного опыта происходит неглубоко. Всего вероятней, что образуется мононитроцеллюлоза или в крайнем случае динитроцеллюлоза. Уравнение первой реакции составляет учитель:



Здесь важно понять, что, если этерифицируется одна гидроксильная группа, значит, на каждое звено расходуется одна молекула азотной кислоты. Поскольку в макромолекуле п звеньев, значит, требуется п молекул кислоты и в таком случае наряду с одной молекулой нитроцеллюлозы образуется п молекул воды.

Если в понимании уравнения встретятся трудности, то в качестве вспомогательного приема можно рассмотреть процесс нитрования лишь одного звена целлюлозы:

Вводя обозначение п, от этого уравнения переходят к ранее составленному.

Уравнения реакций получения динитро- и тринитроцеллюлозы должны составить учащиеся.

Далее необходимо выяснить, с каким подобного типа соединением учащиеся уже встречались в курсе органической химии. Они называют и нитроглицерин, и нитропроизводные ароматических углеводородов. Выписав на доске формулы этих соединений, следует предложить найти среди них наиболее сходное по строению с нитроцеллюлозой. Учащиеся теперь сами составляют уравнение реакции нитрования глицерина.

Запись на доске формул различных азотсодержащих веществ позволяет уточнить, что к нитросоединениям в строгом смысле слова относятся лишь вещества, в которых нитрогруппа соединена непосредственно с углеводородным радикалом. Нитроглицерин и нитроцеллюлоза, в которых радикал и группа - NО₂ соединены через атом кислорода, являются сложными эфирами, так как образуются по типу реакции этерификации (взаимодействие спирта и кислоты). Названия «нитроглицерин», «нитроцеллюлоза», таким образом, тоже дань традиции: правильнее эти вещества называть нитроэфирами глицерина и целлюлозы или нитратами. Это дает основание расширить объем понятия этерификации: сложные эфиры образуются при взаимодействии со спиртами не только органических, но и неорганических кислот.

Имеющие большое практическое значение уксуснокислые эфиры-ацетаты целлюлозы практически получают взаимодействием целлюлозы не с уксусной кислотой, а с уксусным ангидридом

более сильным этерифицирующим средством. Так как ангидриды кислот в школе не изучаются, формулы диацетата и триацетата могут быть составлены без записи довольно сложного уравнения реакции этерификации.

Поскольку при обсуждении метода получения ацетатов целлюлозы нельзя избежать упоминания об уксусном ангидриде, на занятии может возникнуть вопрос о том, как именно он реагирует с целлюлозой. В таком случае ознакомительно нужно дать уравнение реакции или же предложить составить его отдельным учащимся. Сначала его составляют для одного звена молекулы, например:

Затем его выражают в более общем виде для макромолекулы в целом. Аналогично можно составить уравнение реакции образования триацетата целлюлозы.

Получить названные эфиры в школе затруднительно, но показать их образцы, воспользовавшись коллекцией, необходимо. Как и в случае нитроцеллюлозы (нитрата целлюлозы), эти сложные эфиры по внешнему виду мало отличаются от самой целлюлозы.

Строение сложных эфиров целлюлозы для большей наглядности можно выразить и при помощи перспективных формул, например:

Получение ацетатного волокна. Учащимся нужно усвоить основные идеи и принципы получения волокон.

В связи с возрастающей потребностью в волокнах и ограниченностью природных ресурсов целлюлозы с упорядоченным расположением макромолекул возникла необходимость искусственного получения волокон. Задача заключается в том, чтобы использовать более доступные виды целлюлозы и перестроить, упорядочить в них расположение макромолекул. Чтобы сделать молекулы подвижными для такой перестройки, полимер нужно расплавить или растворить. Первый способ здесь неприемлем. Поэтому полимер растворяют. Чтобы сделать целлюлозу более растворимой, ее превращают в ацетаты.

Затем выясняется принцип прядения волокна из раствора. Раствор с этой целью пропускают через тонкие отверстия, что заставляет молекулы выстраиваться вдоль струи; силы межмолекулярного взаимодействия при этом возрастают, и по испарении растворителя получается прочное волокно. Принцип образования волокна может быть продемонстрирован. Промышленный способ формования прослеживают по таблице или же учащиеся знакомятся с ним при домашней подготовке.

До недавнего времени волокно получали в промышленности преимущественно из диацетата целлюлозы, так как для триацетата было труднее подобрать растворитель. В настоящее время такие растворители найдены (дихлорметан CH₂CI₂ в смеси с этиловым спиртом) и триацетатное волокно производится все в больших количествах. Высокое качество этого волокна делает его ценным при изготовлении разных видов одежды, а хорошие электроизоляционные свойства позволяют широко использовать его в технике. Более подробно о свойствах волокна учащиеся прочитают в учебнике, равно как и о других областях применения ацетатов целлюлозы (негорючая пленка, медицинский коллодий, пленка для парников и т. п.).

Поскольку целлюлоза изучается в постоянном сопоставлении с крахмалом, то у учащихся может возникнуть вопрос, вступает ли крахмал в реакции этерификации, ведь в его структуре, как и в целлюлозе, имеются гидроксильные группы. Такие реакции присущи крахмалу, но его эфиры из-за большой разветвленности молекул не обладают высокими прочностными свойствами. Если ранее указывалось, что молекулы амилозы в крахмале имеют неразветвленное строение, то можно сообщить, что ацетилированная амилоза используется для производства пленок и даже волокон.

Рассмотрением искусственного ацетатного волокна заканчивается изучение не только углеводов, но и вообще кислородсодержащих органических соединений. Сведения о спиртах, альдегидах и карбоновых кислотах уже были обобщены, поэтому учитель должен решить, потребуется ли здесь дополнительный обобщающий урок, прежде чем провести контрольную письменную работу или зачет по кислородсодержащим веществам. Поскольку изучение каждого углевода постоянно опиралось на знание других веществ этого класса и на знание ранее изученных классов соединений, может быть, в этом и нет большой необходимости.

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ «ЦЕЛЛЮЛОЗА»

Строение молекул. Молекулярная формула целлюлозы (С₆Н₁₀О₅)_п такая же, как и крахмала. Целлюлоза тоже является природным полимером. Ее макромолекула состоит из многих остатков молекул глюкозы. Почему крахмал и целлюлоза - вещества с одинаковой молекулярной формулой - обладают различными свойствами?

При рассмотрении синтетических полимеров мы уже выяснили, что их свойства зависят от числа элементарных звеньев и их структуры. Это же положение относится и к природным полимерам. Оказывается, степень полимеризации у целлюлозы намного больше, чем у крахмала. Кроме того, сравнивая структуры этих природных полимеров, установили, что макромолекулы целлюлозы, в отличие от крахмала, состоят из остатков молекул (3-глюкозы и имеют только линейное строение. Макромолекулы целлюлозы располагаются в одном направлении и образуют волокна (лен, хлопок, конопля).

В каждом остатке молекулы глюкозы содержатся три гидроксильные группы.

Нахождение в природе. Целлюлоза, так же как и крахмал, образуется в растениях в процессе фотосинтеза. Она является основной составной частью оболочки растительных клеток; отсюда происходит ее название - целлюлоза (от лат. cellula - клетка). Волокна хлопка - это почти чистая целлюлоза (до 98%). Волокна льна и конопли тоже состоят главным образом из целлюлозы. В древесине ее содержится примерно 50%.

Получение. Образцом почти чистой целлюлозы является вата, полученная из очищенного хлопка. Основную массу целлюлозы выделяют из древесины, в которой она содержится вместе с другими веществами. Наиболее распространенным методом получения целлюлозы в нашей стране является так называемый сульфитный. По этому методу измельченную древесину в присутствии раствора гидросульфита кальция Ca(HS0₃)₂ или гидросульфита натрия NaHS0₃ нагревают в автоклавах при давлении 0,5-0,6 МПа и температуре 150 °С. При этом все другие вещества разрушаются, а целлюлоза выделяется в сравнительно чистом виде. Ее промывают водой, сушат и направляют на дальнейшую переработку, большей частью на производство бумаги.

Физические свойства. Целлюлоза - волокнистое вещество, нерастворимое ни в воде, ни в обычных органических растворителях. Растворителем ее является реактив Швейцера - аммиачный раствор гидроксида меди (П).

Химические свойства. Одно из наиболее характерных свойств целлюлозы - способность в присутствии кислот подвергаться гидролизу с образованием глюкозы. Как и гидролиз крахмала, гидролиз целлюлозы протекает ступенчато. Суммарно этот процесс можно изобразить так:

Так как в молекулах целлюлозы имеются гидроксильные группы, то для нее характерны реакции этерификации. Из них практическое значение имеют реакции целлюлозы с азотной кислотой и ангидридом уксусной кислоты.

При взаимодействии целлюлозы с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты в зависимости от условий образуются динитроцеллюлоза и тринитроцеллюлоза, являющиеся сложными эфирами:

При взаимодействии целлюлозы с уксусным ангидридом (в присутствии уксусной и серной кислот) получается триацетилцеллюлоза или диацетилцеллюлоза:

Целлюлоза горит. При этом образуются оксид углерода (1У) и вода.

При нагревании древесины без доступа воздуха происходит разложение целлюлозы и других веществ. При этом получаются древесный уголь, метан, метиловый спирт, уксусная кислота, ацетон и другие продукты (рис.).

Применение. Целлюлоза используется человеком с очень древних времен. Ее применение весьма разнообразно. Основные продукты, получаемые из древесины, показаны на рисунке 34.

Большое значение имеют продукты этерификации целлюлозы. Так, например, из ацетилцеллюлозы получают ацетатный шелк. Для этого триацетилцеллюлозу растворяют в смеси дихлорметана и этанола. Образовавшийся вязкий раствор продавливают через фильеры - металлические колпачки с многочисленными отверстиями (рис.). Тонкие струи раствора опускаются в шахту, через которую противотоком проходит нагретый воздух. В результате растворитель испаряется и триацетилцеллюлоза выделяется в виде длинных нитей, из которых прядением изготовляют ацетатный шелк.

Ацетилцеллюлоза идет также на производство негорючей пленки и органического стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи.

Тринитроцеллюлоза (пироксилин) используется как взрывчатое вещество и для производства бездымного пороха. Для этого тринитроцеллюлозу растворяют в этилацетате или в ацетоне. После испарения растворителей компактную массу размельчают и получают бездымный порох.

Динитроцеллюлозу (коллоксилин) применяют для получения коллодия. В этих целях ее растворяют в смеси спирта и эфира.

Рис. 1. - Продукты химической переработки древесины:

1 - кинопленка; 2 - искусственный шелк; 3 - скипидар; 4 - древесный

уголь; 5 - уксусная кислота; 6 - метанол; 7 - канифоль; 8 - смола;

9 - глюкоза; 10 - кормовые дрожжи; 11 -бумага; 12 - бездымный порох

Рис. 2. - Образование волокон ацетатного шелка

Глава 5. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ

«ЦЕЛЛЮЛОЗА»

1. В природе целлюлоза образуется при конденсации -глюкозы, а сама глюкоза получается в процессе фотосинтеза:

Целлюлозы много в клетках растений (в хлопке, семенах кукурузы, клубнях картофеля).

3. Общее свойство - способность к гидролизу:

4. Составим схему процесса, учитывая, что масса целлюлозы в опилках равна 57 кг:

Запишем пропорцию и решим ее:

57/162 = х/(2*46), х = 57*92/162 = 32 кг С₂Н₅ОН.

Ответ. 32 кг.

Вариант 1

1. Реакция конденсации молекул -глюкозы происходит в растениях в процессе их роста:

2. Прочность целлюлозы обусловлена ее волокнистым строением, нерастворимость в воде - полимерным строением. Уравнения реакций синтеза этанола из целлюлозы:



3. Уравнение реакции гидролиза крахмала в глюкозу:

Масса чистого крахмала: m (крахмала) = 0,95*200 = 190 г.

Обозначим массу глюкозы, образующейся при 100%-м выходе, через х г. Составим и решим пропорцию: 190/162 = х/180, х = 190*180/162 = 211 г.

С учетом выхода в реакции: m (глюкозы) = 0,95*211 = 200 г.

Ответ. 200 г.

4. а) Гидролиз целлюлозы:

б) Горение целлюлозы:

в) Нитрование целлюлозы:

5. Уравнения реакций для цепочки превращений:

УЭ-3

Цель. Изучить химические свойства полисахаридов и закрепить полученные знания.

Последовательность действий

1. Внимательно прочитайте п. 2 в § 23.

2. Обсудите в группе следующие вопросы.

1) При каких условиях происходит гидролиз полисахаридов? Запишите соответствующее уравнение реакции.

2) Каким изменениям подвергаются крахмал и целлюлоза в пищеварительном тракте человека и животных? Запишите уравнение реакции гидролиза крахмала. Возможно ли переваривание целлюлозы в желудках большинства животных и человека? Почему?

3) Какие химические свойства, обусловленные наличием гидроксигрупп, могут проявлять крахмал и целлюлоза? Каково практическое значение соединений, полученных в результате этих реакций?

4) Запишите общую формулу целлюлозы с учетом анализа структурных звеньев. Сколько свободных гидроксирупп в каждом структурном звене?

5) Перечислите области применения сложных эфиров целлюлозы.

6) Можно ли из крахмала получить волокна, а затем ткань? Почему?

7) Рассмотрите в учебнике рис. 34 на с. 210. Опишите процесс получения ацетатного волокна.

8) Выполните упражнения на закрепление (варианты 1-4).

ВАРИАНТ 1

1. Поясните процесс образования целлюлозы из молекул глюкозы. Когда и где это происходит? Запишите соответствующее уравнение реакции.

(3 балла.)

2. Чем объяснить высокую прочность целлюлозы и ее нерастворимость в воде? Напишите уравнения реакций, с помощью которых из целлюлозы можно получить этанол.

(4 балла.)

3. Какую массу глюкозы можно получить из крахмала массой 200 г, содержащего 5% примесей, если массовая доля выхода глюкозы составляет 95%?

(5 баллов.)

4. Напишите уравнения следующих реакций с участием целлюлозы:

а) гидролиз; б) горение;

в) нитрование избытком НNО₃.

(5 баллов.)

5. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

Урок по теме: КРАХМАЛ И ЦЕЛЛЮЛОЗА - ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ ПОЛИСАХАРИДОВ

Цели урока. Обобщить знания учащихся о классификации углеводов и отличиях полисахаридов от моносахаридов; изучить особенности строения, нахождение в природе, физические и химические свойства крахмала и целлюлозы в сравнении; рассмотреть биологическую роль полисахаридов.

ХОД УРОКА

Стадия вызова

Учитель. На предыдущих уроках вы изучили классификацию углеводов и подробно рассмотрели особенности моносахаридов. Сегодня вам предстоит изучить строение, нахождение в природе, физические и химические свойства полисахаридов. Но сначала вспомним основные отличия полисахаридов от моносахаридов. С этой целью вам предлагается выполнить тест. (Листы с тестом заранее разложены на столах у учащихся.)

Тест

Выберите из предложенных утверждений только те, которые справедливы:

I вариант - для моносахаридов;

II вариант - для полисахаридов.

1. Их представителями являются глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.

2. Их представителями являются крахмал, гликоген, декстрины, целлюлоза, хитин.

3. Молекулы состоят из множества одинаковых повторяющихся групп атомов.

4. Подразделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы.

5. Имеют общую формулу (С₆Н₁₀О₅)_n.

6. Молярная масса невелика и обычно не превышает нескольких сотен г/моль.

7. Молярная масса велика и может достигать нескольких миллионов г/моль.

8. Не вступают в реакцию гидролиза.

9. Способны подвергаться гидролизу.

10. Остатки молекул некоторых из них входят в состав нуклеотидов ДНК и РНК.

Ответы. I вариант: 1, 4, 6, 8, 10; II вариант: 2, 3, 5, 7, 9.

Учащиеся выполняют тест, после чего осуществляют взаимную проверку в парах.

Стадия осмысления

Учитель предлагает учащимся в течение 20 мин. по учебнику О.С.Габриеляна «Химия. 10 класс» (М.: Дрофа, 2004) проработать текст - § 24, с. 206-210, используя специальные пометки карандашом:

«V» - это я знаю;

«+» - новая информация;

«-» - информация, противоречащая моим знаниям;

«?» - информация, требующая пояснения;

«!» - это интересно.

Учащиеся работают в группах по 3-4 человека, обмениваются мнениями по изучаемому вопросу, помогают друг другу преодолеть возникающие затруднения, делая необходимые пояснения.

Стадия размышления и рефлексии

Учащиеся возвращаются в пары и составляют таблицу по характеристике крахмала и целлюлозы (таблица 1). При этом в каждой паре один учащийся заполняет столбец о крахмале, а второй - о целлюлозе, после чего обмениваются результатами.

Таблица 1. - Характеристика крахмала и целлюлозы

Характеристика	Полисахарид
	Крахмал	Целлюлоза
Молекулярная формула	(С6Н10O5)n	(С6Н10O5)n
Особенности строения	Структурное звено - остаток циклической молекулы -глюкозы. Степень полимеризации от нескольких сотен до нескольких тысяч. Молярная масса достигает нескольких сотен тысяч г/моль. Структура макромолекул: линейная (амилоза) и разветвленная (амилопектин). В крахмале на долю амилозы приходится 10-20%, а на долю амилопектина - 80-90%	Структурное звено - остаток циклической молекулы -глюкозы. Степень полимеризации от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч. Молярная масса достигает нескольких миллионов г/моль. Структура макромолекул: линейная
Нахождение в природе и биологические функции	В цитоплазме растительных клеток в виде зерен запасного питательного вещества. Содержание (по массе): в рисе - до 80%, в пшенице и кукурузе - до 70%, в картофеле - до 20%	Обязательный элемент клеточной оболочки растений, выполняющий строительную, конструкционную функцию. Содержание (по массе): в волокнах хлопка - до 95%, в волокнах льна и конопли - до 80%, в древесине - до 50%
Физические свойства	Белый аморфный порошок, не растворяется в холодной воде, в горячей воде разбухает и образует коллоидный раствор - крахмальный клейстер (при этом амилоза, как составная часть крахмала, растворяется в горячей воде, а амилопектин только набухает)	Твердое волокнистое вещество, нерастворимое в воде
Химические свойства	1) Образование глюкозы в результате полного гидролиза: (С6Н10O5)n + nН2О -> nС6Н12O6. 2) Образование сложных эфиров за счет гидроксигрупп (практического значения не имеет). 3) Качественная реакция с йодом - синее окрашивание	1) Образование глюкозы в результате полного гидролиза: (С6Н10O5)n + nН2О -> nС6Н12O6. 2) Образование сложных эфиров за счет гидроксигрупп: при взаимодействии с азотной кислотой (в присутствии серной кислоты) - мононитратов, динитратов и тринитратов; при взаимодействии с уксусной кислотой (или уксусным ангидридом). 3) Реакции с йодом не дает

Домашнее задание. Дополнить таблицу строками «Получение» и «Применение», используя § 24 учебника и справочную литературу; решить задачу №1, стр. 210.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Апробацию разработанного элективного курса проводили в 10 классах средней школы №14. Совокупность выборки составила 32 человек.

Было проведено анкетирование и тестирование учащихся. Анкеты и тесты содержали вопросы, как экологического характера, так и личностного.

Результаты исследований показали, что после проведения занятий у учебной группы заметно увеличилось «сопереживание», появилось более экологичное отношение к миру, заинтересованность в получении информации в области процессов получения бумаги, что говорит в пользу формирования познавательного интереса и самоответственности.

Заключительная беседа, оценка собранных анкет, наблюдение за учащимися позволяют утверждать, что у 58% учеников повышается познавательная активность и мотивация к предмету (диаграмма).

Таким образом, проведённые нами теоретические изыскания и экспериментальные исследования выявили реальную эффективность использования практических навыков при изучении отдельных тем курса органической химии.

Избранная тематика оказалась не только полезной в смысле интеграции и систематизации материала, умений, навыков из предметов школьного курса и различных областей знания, но и обратила интересы способных учащихся в плане выбора профессии овладения практическими знаниями.

ЛИТЕРАТУРА

1. Зуева M.B., Иванова Б.Б. Совершенствование организации учебной деятельности школьников на уроках химии. - М: «Просвещение» 1989.

2. Зуева М.В. Обучение учащихся применению знаний по химии. - М.: «Просвещение», 1987.

3. Зуева М.В. Развитие учащихся при обучении химии - М.: «Просвещение». 1978.

4. Третьяков Н.Д. и др. Химия и современность - М.: «Просвещение», 1985.

5. Буринская Н.Н. «Политехническое образование и профориентация учащихся в процессе обучения химии». - М.: «Просвещение» 1983.

6. Каверина А.А. Усиление политехнической направленности обучения химии. - М.: «Просвещение». 1987.

7. Т.Н. Жуков, М.В. Зуева и др. Совершенствование обучения химии в 7-8 классах средней школы - М.: «Просвещение» 1973.

8. Верховский В.Н., Смирнов А.Д. Техника химического эксперимента. - М: «Просвещение», 1973.

9. Нифантьев Э.В., Парамонова Н.Г. «Прикладная направленность изучения химии в средней школе: прошлое и настоящее. // Журнал «Химия в школе» - №4. - 1994.

10. Полосин B.C. «Некоторые приёмы развития познавательной деятельности учащихся» // Журнал «Химия в школе» - №3-4. - 1992.

Размещено на Allbest.ru