Требования химическому эксперименту

Требования к оборудованию для школьного химического эксперимента продиктованы содержанием и особенностями его организации в условиях кабинета химии.

Поэтому прежде чем определить, каким должно быть школьное оборудование для химического эксперимента, необходимо рассмотреть:

1. Общие и специфические требования к постановке демонстрационных опытов.
2. Организации лабораторных и практических работ.
3. А также вопрос о рациональном сочетании этих видов эксперимента на уроках.

Наглядность, выразительность опытов — первое требование к химическому эксперименту.

Поскольку любой химический опыт направлен на реализацию наглядности изучаемых предметов и явлений.

Требования к химическому эксперименту

Следует определить, в какой форме он будет наиболее эффективен:

1. В виде лабораторного опыта.
2. Обычной демонстрации.
3. Проекции на экран или в их определенном сочетании.

Учебно-материальная база должна обеспечить условия для рационального выбора необходимых форм химического эксперимента.

Цель постановки и содержание опытов должны быть понятны каждому учащемуся:

1. Эксперимент должен быть хорошо видимым, размеры приборов, деталей, их размещение на рабочем столе должны обеспечивать хорошую обозреваемость наблюдаемых явлений.
2. Второе требование: химические опыты должны быть доступными для восприятия и всегда убедительными, не должны давать повод учащимся для неправильных толкований.

Учебное оборудование, следовательно, должно обеспечивать простоту, доказательность и достоверность химического опыта.

При выборе прибора должны быть учтены его конструктивные особенности.

Так, например, демонстрация взаимодействия натрия с водой в стакане или чаше кристаллизационной, как это обычно выполняется в школах, не позволяет выявить все признаки реакции:

1. Плавление натрия в результате выделяющейся теплоты реакции.
2. Превращение натрия в шарик.
3. Его движение по поверхности воды.
4. Выделение газа.

Это затрудняет объяснение опыта и исследование свойств щелочного металла.

Сочетание обычной демонстрации с проекцией на экран позволяет сделать опыт наглядным и достоверным.

Конструкция прибора

Конструкция прибора или установки должна обеспечивать не только условия для проведения химической реакции, но и возможность для выявления и показа видимых и скрытых признаков протекающего процесса.

При демонстрации реакции нейтрализация, например, путем приливания раствора кислоты в раствор щелочи с использованием лакмуса или фенолфталеина процесс нейтрализаций обнаруживают по изменению цвета индикаторов:

1. Синий лакмус становится фиолетовым.
2. Малиновая окраска фенолфталеина становится бесцветной.
3. Выделение теплоты остается скрытым от наблюдателя.
4. Применение в демонстрационном эксперименте электротермометра позволяет охарактеризовать реакцию более доказательно.

Наглядность и достоверность показа опытов обусловлена доступной техникой его постановки.

Точные измерительные приборы

В школьном химическом эксперименте раньше отсутствовали точные измерительные приборы.

Однако сегодня без них невозможно ознакомление учащихся с научными методами.

Для применения таких приборов достаточно умение правильно пользоваться ими, не вникая в детали их конструкции.

Это прежде всего электрические и электронные приборы, используемые при проведении целого ряда опытов по электрохимии, в том числе с применением тока высокого напряжения.

Каждый опыт, осуществляемый учителем или учащимся, должен быть безотказным, а оборудование для его выполнения — надежным.

Неудавшаяся демонстрация нарушает ход урока, вызывает разочарование у учащихся и нередко порождает недоверие к учителю. Причины неудавшихся опытов разнообразны.

Одной из них является техническое несовершенство приборов, а также отдельных их деталей и узлов.

Надежность приборов и установок зависит, таким образом, от их технического совершенства.

Для этого необходимо иметь в каждом кабинете химии:

1. Наборы унифицированной (по вместимости, диаметру горла) посуды в строго необходимом.
2. В достаточном количестве для осуществления различных видов химического эксперимента.
3. Комплекты универсальных узлов и соединительных деталей, обеспечивающих герметичность и удобство монтажа.

К ним относятся разнообразные соединения:

1. Резиновые.
2. Стеклянные сочленения (шлифованные и моллированные).
3. Резиновые и пластмассовые уплотнители.

Надежность приборов и установок зависит также от их правильного хранения и транспортировки.

Так, например, стеклянная посуда и принадлежности нередко выходят из строя из-за неправильного хранения их в кабинете (без укладок в шкафах).

Надежность и техническое совершенство приборов и установок должно обеспечивать соблюдение правил техники безопасности при осуществлении химического эксперимента.

Реализация этого требования зависит, конечно, не только от состояния учебно-материальной базы кабинета химии, но и от того, насколько учитель овладел техникой химического эксперимента.

От его знания всего арсенала учебного оборудования, необходимого для опытов, от аккуратности и культуры труда.

Приборы, в которых проводят опыты, должны быть заранее подготовлены, неоднократно испытаны, а руководства по эксплуатация или паспорта приборов и установок тщательно изучены учителей.

Безопасная работа определяется нормативными документами, в частности «Правилами по технике безопасности для кабинетов (лабораторий) химии общеобразовательных школ».

Следует заметить, что в большинстве случаев опасность бывает вызвана небрежностью экспериментатора, нарушением или прямым игнорированием инструкции по эксплуатации приборов или установок:

1. Нагревание легковоспламеняющихся жидкостей на открытом пламени.
2. Неправильный выбор количеств, концентраций и объемов реагирующих веществ.
3. Хранение горючих и взрывоопасных газов в стеклянных газометрах.
4. Демонстрация взрыва газов в стеклянных сосудах.
5. Включение электроприборов, рассчитанных на низкое напряжение, в сеть.
6. Использование технически несовершенных самодельных электроприборов — наиболее часто встречающиеся причины возникновения опасных ситуаций.

Промышленные и самодельные приборы

В промышленных приборах и установках требования безопасности определены соответствующими нормативными документами и находят отражение в конструктивных особенностях данного прибора.

Например, снабжение электроприборов защитными кожухами, полюсными вилками (предотвращающими включение прибора в обычную сетевую розетку), механическая блокировка розеток (фиксация в нужном положении) и т.д.

Самодельные приборы и установки могут использоваться в школе лишь в тех случаях, когда они технически надежны и безопасны.

Одно из требований, предъявляемых к школьному химическому эксперименту, — его кратковременность, которая обусловливается ограниченным временем урока.

При постановке эксперимента на уроке должны быть учтены:

1. Целесообразность включения опытов в определенный этап урока
2. Необходимость объяснения их (в том числе с использованием других средств обучения).
3. Возможность повторения эксперимента для корректировки наблюдения.
4. Получения достоверных результатов.

Рациональная конструкция приборов и установок, их правильное применение сообразно темпам и этапам урока обеспечивают достижение поставленных целей в точно рассчитанные сроки.

Так, например, экономию учебного времени можно получить не толь-ко за счет сокращения вспомогательных операций при монтаже прибора или установки, но и за счет удобства и быстроты их выполнения.

Этому в значительной мере способствует хорошо продуманная конструкция прибора.

Например, нагревание является одной из наиболее часто повторяющихся операций.

Следовательно, необходимо создание таких нагревателей, которые обеспечивали бы возможность работы в заранее заданных режимах.

Средняя продолжительность лабораторного опыта

Средняя продолжительность лабораторного опыта и отдельной демонстрации не должна превышать 5 — 6 мин урока, а при выполнении практических работ—15—20 мин.

Затягивание времени опыта сверх приведенных норм снижает интерес к эксперименту, нарушает ритм и структуру урока, не позволяет оформить результаты проведенного исследования.

Некоторые опыты (например, по коррозии металлов) требуют длительного времени.

Такой эксперимент проводят поэтапно:

1. На первом уроке обсуждают условия опыта и осуществляют его постановку.
2. На последующих одном-двух уроках фиксируют полученные результаты.

Для постановки таких опытов в параллельных классах требуется большее количество однотипного оборудования, которое может быть заменено аналогичным по назначению (например, вместо колб можно использовать химические стаканы).

Необходимо учитывать, что учебное оборудование для химического эксперимента может успешно функционировать, если в кабинете химии создать определенные условия:

1. Имеются соответствующие подводки коммуникаций.
2. Налажено газо-, водо- и электроснабжение.
3. Рационально организованы рабочие места учителя и учащихся.
4. Тщательно продумана система размещения и хранения учебного оборудования.

Эти и другие вопросы раскрыты в книге «Кабинет химии». Поэтому здесь рассмотрены преимущественно новые вопросы по реализации методических требований и правил техники безопасности при выполнении химического эксперимента.

Электрооборудование кабинета химии

К ним в первую очередь относится современное электрооборудование кабинета химии, поскольку проведение опытов по электрохимии.

А также работа электронагревателей требуют не только надежных, но и безопасных приборов, а также соответствующих условий для их использования в процессе обучения.

Состав электрооборудования и правила его эксплуатации в условиях школьного кабинета химии определяют следующие нормативные документы:

«Типовые перечни учебно-наглядных пособий и учебного оборудования для общеобразовательной школы» «Оборудование школьное. Общие требования безопасности».

Электрооснащение кабинета химии включает стационарное оборудование (комплекты электроснабжения для кабинета химии, КЭХ, щит силового ввода, аппарат для дистилляции воды) и переносное (различные электроприборы и установки, проекционная аппаратура).

Все электроприборы по способу защиты от поражения электрическим током подразделяются на четыре класса:

0I, I, II, III.

В кабинете химии учитель работает с электрооборудованием, относящимся к классам I, II, III.

1. К первому классу относят стационарные приборы и установки, которые требуют заземления.
2. Ко второму классу принадлежат всевозможные электроприборы (плитки, демонстрационные нагреватели), которые включают в сеть, но они не заземляются, так как имеют двойную или усиленную изоляцию.
3. Третий класс включает приборы, которые не имеют ни внутренних, ни внешних электрических цепей с напряжением свыше (нагреватели лабораторные типа НЛШ, НПУ, НПЭШ)

С приборами и установками первого и второго классов работают учителя и лаборанты.

Учащиеся используют для лабораторных и практических работ только приборы, относящиеся к третьему классу.

В школах — новостройках стационарное оборудование, питающееся трехфазным током, устанавливают строительные организации.

Однако в большинстве школ специалистам еще только предстоит его установить. Наиболее удобной для этой цели является стена, примыкающая к лаборантской.

С помощью комплекта электроснабжения для кабинета химии (КЭХ) осуществляют питание демонстрационного стола учителя электрическим током переменного напряжения 220 В и 42 В и рабочих мест учащихся электротоком переменного напряжения 42 В.

КЭХ снабжен устройством защитного отключения типа УЗОШ.

Работы по электрохимии

Для выполнения опытов по электрохимии, требующих напряжения постоянною тока до 12 В, следует использовать источник электропитания «Практикум» (из кабинета физики).

Для питания электроприборов на специализированном для кабинета химии демонстрационном столе устанавливают две розетки: 220 В и 42 В на расстоянии не менее 1,5 м от водопроводного крана (например, на боковой стенке демонстрационной части стола).

Для питания электроприборов на рабочих местах учащихся помещают одну розетку напряжением 42 В (например, на боковой панели стола).

Она имеет щелевидные отверстия, расположенные перпендикулярно друг к другу и предназначенные для вилки с соответствующим расположением плоских штекеров.

Создавая и используя самодельные и промышленные приборы, необходимо помнить следующие требования безопасности (согласно вышеуказанному Госту):

1. В закрытых токоведущих системах допустимым является напряжение для учащихся не выше 42 В переменного и постоянного тока; для учителя — 220 В переменного и 110 В постоянного тока.
2. В открытых токоведущих системах (в приборах с неизолированными частями проводников и при работе с электролитами) допускается напряжение не выше 12В переменного и постоянное тока для учителя и учащихся.
3. При работе с электролитами в закрытых специальными приспособлениями (кожухами, крышками и т. д.) сосудах допуске ется. напряжение для опытов учащихся до 42 В переменного и постоянного тока и для опытов учителя — 110 В.
4. Предельное значение потребляемой мощности электротока в кабинете химии не должно превышать 2,2 кВт (например, нельзя включать одновременно 20 нагревателей для пробирок, проекционный аппарат и аппарат для дистилляции).

Учитель должен принять к сведению, что в кабинете химии розетки (220 В) и выключатели согласию правилам устройства электроустановок должны находиться на высоте 1,8 м от пола.

Обязательным требованием при работе с электрооборудованием является предварительное тщательное изучение инструкций по его эксплуатации.

Необходимо также помнить, что на лабораторные столы учащихся электрический ток включают только во время проведения опытов. В нерабочее время рабочие места должны быть обесточены.

Включение электрического тока осуществляют с помощью распределительного щита, находящегося в лаборантском помещении. Щит снабжен общим выключателем питания и индикатором включения.

Для постановки всех видов эксперимента необходимо, чтобы в каждом кабинете были созданы комплекты приборов, установок, посуды и лабораторных принадлежностей, всегда готовые к использованию.

Оборудование для демонстрации эксперимента

Оборудование, поступающее в школы согласно действующему «Перечню учебного оборудования», позволяет в каждом кабинете химии самостоятельно сформировать такие комплекты, если не удалось приобрести их в готовом виде.

Для успешной реализации химического эксперимента по новой программе необходимы следующие комплекты (наборы).

Для демонстрационного эксперимента:

1. Комплект малоинерционных электронагревателей жидкостей и твердых веществ до температуры 300 °С (в колбах, стаканах, тиглях, чашках); комплект посуды, деталей и узлов для монтажа приборов и установок, в которых осуществляются химические реакции при обычных условиях.
2. Комплект деталей и узлов для опытов с вредными веществами без тяги.
3. Комплект счетно-измерительный (измерение массы, температуры, времени, напряжения, рН и проведения арифметических расчетов на демонстрационном световом табло).
4. Комплект для осуществления каталитических реакций (набор катализаторных трубок и нагревателей, катализаторов на носителях).
5. Комплект для опытов с газами (горючими и взрывоопасными); комплект для опытов с электрическим током высокого напряжения.
6. Комплект специализированных приборов и аппаратов (для получения и хранения газов, получения дистиллированной воды, иллюстрации некоторых законов и др.).
7. Комплект узлов и деталей для проецирования опытов на экран; комплект склянок на 250 мл для растворов реактивов.
8. Комплект склянок с нижним тубусом на 1—2 л для хранения запаса растворов реактивов.

Для ученического эксперимента:

1. Комплект для проведения лабораторных опытов и практических работ, включающий набор сухих реактивов в банках и их растворов в склянках для постоянного и эпизодического использования.
2. Набор принадлежностей небольшого размера.
3. Набор посуды малого объема (25—50 мл).
4. Набор сочленений и узлов для монтажа различных вариантов приборов.
5. Набор вспомогательных лабораторных приспособлений (промывалки, банки для мусора, штативы для пробирок и лабораторные штативы для фиксации приборов, посуды и принадлежностей).

Эти комплекты должны обеспечивать возможность вариативного и безопасного выполнения учащимися лабораторных и практических работ различными способами:

С применением макро- и микроколичеств реактивов, капельного метода, с использованием веществ в различных агрегатных состояниях.

Организуя рабочие места учащихся, учитель должен определить наиболее соответствующий его стилю работы вариант размещения оборудования:

Постоянно закрепленные на лабораторном столе наборы или выдаваемый раздаточный материал в лотках перед практической работой.

Система размещения реактивов, посуды и принадлежностей на лабораторных столах или при хранении в лаборантской должна обеспечивать учащимся быстрый и правильный отбор склянок с реактивами, необходимых узлов для монтажа приборов, порядок и удобство на рабочем месте.

Те же требования предъявляются к рабочему месту учителя, и прежде всего к демонстрационному столу.

Особое внимание должно быть обращено на организацию препараторского стола в лаборантской, хранение и размещение реактивов, посуды, принадлежностей, лотков с раздаточным материалом в секционных шкафах.

Посуду и стеклянные принадлежности необходимо хранить в укладках (из поролона или пенопласта), которые могут быть изготовлены учащимися под руководством учителей химии и трудового обучения.

Согласно требованиям реформы школы расширена номенклатура демонстрационных опытов (проецирование на экран опытов по хроматографии и др.) и ученического эксперимента (электролиз, получение озона и др.).

Требования научно-технического прогресса

Требования научно-технического прогресса — поднять на более высокий уровень эксперимент как основу изучения химии, обеспечить его наглядность, доказательность, надежность, безопасность, показать с помощью учебного оборудования применение законов химии в химической технологии, а также связь химии с физикой и биологией — определяют основные направления развития учебного оборудования для школьного химического эксперимента:

1. Создание полифункциональных приборов, обеспечивающих проведение нескольких опытов в одном приборе. Эти приборы включают унифицированные узлы и детали (модули), которые предоставляют учителю и учащимся возможность быстро и удобно монтировать необходимые установки для демонстраций и самостоятельных работ учащихся.
2. Создание новых электроприборов: специализированных малоинерционных нагревателей; автоматических и вспомогательных устройств (для принудительной вентиляции, регуляции освещений, зашторивания и др.).
3. Оптимальную миниатюризацию учебного оборудований, которая обеспечивает экономию материалов, позволяет учащимся рационально выполнять самостоятельные работы с малыми количествами веществ.
4. Использование электронной техники для фиксирования не только качественных, но й количественных результатов опытов.
5. Создание приборов и установок для осуществления межпредметных связей химии с физикой и биологией.
6. Использование новых конструкционных материалов и технологий в производстве учебного оборудования: германиевых полупроводников, тензорезисторов, преобразующих давление газа в электрический сигнал, пластмасс, стеклянных деталей с моллированной поверхностью, в перспективе — жидких кристаллов, свето-волоконных материалов.
7. Осуществление школьного химического эксперимента на основе типового, стандартного оборудования обеспечивающего рациональную сочетаемость отдельных деталей и узлов, комплектов в целом и возможность быстрого и правильного монтажа разнообразных вариантов приборов и установок в условиях школьного кабинета химии.

Вывод

В заключение, требования к химическим экспериментам в школе нельзя недооценивать. Они определяют качество образования и уровень усвоения материала учащимися.

Эффективная организация демонстрационных и лабораторных работ, соответствующее оборудование и надежные приборы — все это критически важно для успешного выполнения экспериментов.

Важно, чтобы наглядность и доступность опытов сопутствовали их достоверности. Учебное оборудование должно способствовать пониманию сложных процессов, чтобы учащиеся могли наблюдать не только явные, но и скрытые изменения.

Надежность и техническое совершенство приборов обеспечивают уверенность учителей и учеников в ходе урока, что в свою очередь способствует более глубокому усвоению материала.

В конечном итоге, сочетание грамотной организации экспериментов, современных технологий и квалифицированного подхода к обучению создаёт благоприятные условия для формирования у учеников научного мышления.

Это залог успешного изучения химии, который поможет им не только в учебе, но и в дальнейшем профессиональном росте.

Статья на тему требования химическому эксперименту