ФОРМЫ ШКОЛЬНОГО ХИМИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
В практике обучения химии традиционно принято деление химического эксперимента на демонстрационный, осуществляемый учителем, и ученический, выполняемый школьниками в виде лабораторных опытов, практических занятий, решения экспериментальных задач. В основу этой классификации положена деятельность учителя и учащихся.
Демонстрации применяются прежде всего в тех случаях, когда учащиеся ранее не встречались с изучаемыми предметами и явлениями и не подготовлены к наблюдению. В этих случаях следует не только показать изучаемый объект, но и организовать наблюдение, направить его в нужное русло. Учащиеся не всегда воспринимают то, что необходимо, даже при хорошей видимости объекта или явления, если наблюдение не организовано.
Демонстрация необходима, если изучаемые объекты опасны или сложны и не могут быть, следовательно, использованы для самостоятельной работы учащимися.
Правильное проведение демонстраций на уроках химии—необходимая предпосылка для организации различного рода самостоятельных работ. В процессе демонстрации, особенно демонстрационного эксперимента, учитель организует наблюдение учащихся, показывает правильные приемы обращения с лабораторным оборудованием, фиксирует внимание учащихся на целесообразности и принципе действия его, условиях проведения опытов, технике безопасности.
Демонстрация является своеобразным наглядным инструктажем, на который учителю в процессе обучения приходится затрачивать немало времени. Наглядный инструктаж, основанный на подражании учителю, реализуемый с помощью различных пособий, в том числе приборов, таблиц, схем, экранных средств, сокращает время на формирование умений и навыков химического эксперимента и способствует правильному выполнению ученического эксперимента.
Ведущая роль демонстрации остается и в том случае, когда отведенное учебным планом время не позволяет организовать самостоятельную работу, на которую обычно затрачивается в два-три раза больше времени, чем на демонстрацию. Недостаток учебного оборудования для постановки ученического эксперимента, слабая организация химического кабинета, не позволяющая прово-
дить должным образом самостоятельные работы, также заставляют учителя обращаться к демонстрационным опытам.
Ученический эксперимент составляют лабораторные опыты, выполняемые фронтально или группой в процессе изучения, закрепления и проверки нового материала, а также практические занятия, решение экспериментальных задач по вариантам после изучения отдельных тем программы. Перспективной формой является практикум, проводимый в виде отдельных обобщающих работ после завершения всего курса химии. Особое место занимает эксперимент на факультативных занятиях и во внеурочной работе.
В химическом эксперименте, как демонстрационном, так и ученическом, используют различные массы взятых для опытов веществ в твердом, жидком и газообразном состоянии, для чего требуется соответствующее оборудование и умение с ним обращаться.
Условно различают следующие массы взятого для работы вещества: макроколичества (0,05—0,5 г), полу микроколичества (0,01—0,05 г), микроколичества (0,1 —10 мг). В связи с этим говорят о макро-, полумикро- и микрометодах определения (анализа) вещества. Во всех этих случаях осуществляют одни и те же химические реакции, применяют одинаковые концентрации растворов, но в разных объемах и разной по габаритам аппаратуре. Так, в полу микрометоде используют объемы 0,1—1 мл раствора, для чего служат миниатюрные пипетки, бюретки, пробирки (конические), фарфоровые или стеклянные пластины с углублениями (для капельного анализа), реактивные бумажные полоски (например, индикаторные).
Как известно, в ученическом эксперименте традиционно используют макрометод, в котором применяют обычные пробирки и составляемые на их основе приборы. В последнее время наряду с макрометодом школьные кабинеты химии оборудуют приспособлениями для проведения опытов с малыми количествами веществ в пробирках малого размера, на стеклянных или фарфоровых пластинах с углублениями и др.
Метод малых количеств веществ позволяет сочетать в ученическом эксперименте макрометод и капельный анализ, при этом достигается максимальная безопасность опытов и их наглядность. Твердые реагенты берут специальными ложками-дозаторами. Масса реагентов в среднем не превышает 1—1,5 г (один дозатор содержит в среднем 0,5 г сухого вещества). Отмеривание жидких веществ осуществляют с помощью пипеток, позволяющих брать от 1—2 капель до 5 мл (примерный объем целой пипетки—1 мл).
Работа с малыми количествами веществ имеет преимущества перед макрометодом: сокращается время проведения опыта, уменьшается расход реактивов и материалов, открывается возможность использования дорогих и особо чистых реактивов.
Малые количества веществ используют также и в демонстрационном эксперименте, если проецировать опыты на экран (например, в чашках Петри с помощью графопроектора).
При характеристике эксперимента учитывают не только мас-сы, но и особенности проведения физических, физико-химических и химических операций с твердыми, жидкими и газообразными
веществами.
В школьной химической лаборатории при подготовке эксперимента на уроках, факультативных, кружковых занятиях учитель, лаборант, учащиеся проводят перечисленные выше операции. Знание этих операций и правильных приемов их выполнения необходимо для отбора оборудования, грамотного монтажа приборов и установок, безопасного выполнения опытов.
Операции с твердыми веществами: взвешивание, высушивание, возгонка (сублимация), измельчение, крекинг (сухая перегонка), нагревание, определение физических свойств и констант (диэлектрические свойства полимеров, плотность, температура плавления или затвердевания, тепловой эффект реакции, твердость, электрическая проводимость), прокаливание, разделение смесей, растирание (в ступке), разложение (пиролиз), смешивание, внесение в пламя (определение ионов лития, натрия, калия, кальция, бария, меди по окраске пламени).
Операции с твердыми веществами и газами: обжиг, окисление-металлов, адсорбция газов (и паров), хроматография газовая.
Операции с жидкими веществами: выпаривание и упаривание, высушивание, перегонка, нагревание, очистка, определение плотности (ареометром и др.), определение температуры кипения, перемешивание, внесение в пламя (окрашивание пламени), определение активной кислотности (индикаторами и др.), получение абсолютного (безводного) спирта, разделение жидкостей (делительной воронкой, перегонкой, хроматографией), крекинг (пиролиз), определение электрической проводимости, электролиз (воды, солей, растворов), хранение и переливание жидкостей.
Операции с жидкостями и газами: растворение газов, выделение газов из жидкости, распыление жидкости потоком газа, промывание и осушка газов.
Операции с твердыми и жидкими веществами: адсорбция растворенных веществ, взвешивание, выпаривание, высушивание, диффузия, ионный обмен, кристаллизация из раствора, нейтрализация, приготовление растворов, растворение твердых веществ, плавление и затвердевание, осаждение, комплексообразование, разделение смесей (фильтрование, хроматография, экстракция), получение коллоидов, коагуляция.
Операции с газами: адсорбция, обращение с горючими газами, нагревание, очистка и поглощение газов, осушка газов, определение состава воздуха, получение, собирание газов (над водой, вытеснением воздуха), зарядка газометра, сжигание газов, взаимодействие газов с жидкостями и твердыми веществами, диффузия, термическое разложение газов, электрические разряды в газах, газовая коррозия металлов.
В данном пособии не рассматриваются оборудование и приемы выполнения перечисленных операций. Эти вопросы подробно раскрываются в руководствах по лабораторной практике [7, 8, 9, 26, 40]. Многие из операций приводятся далее при описании различных опытов.