"В раствор погружена пластинка..."

Пучки расчетных задач

В курсе химии встречаются самые разнообразные качественные и количественные задачи, а также задачи комбинированного характера.
Одним из наиболее интересных и разнообразных видов задач являются задачи, связанные с химическими реакциями, протекающими при погружении пластинок из различных металлов в растворы некоторых солей. Решение таких задач способствует развитию абстрактного логического мышления, отработке вычислительных навыков.
Для усиления обучающей роли задач в процессе изучения химии мы предлагаем использовать в работе со школьниками так называемые пучки задач.
При обучении с использованием специально подобранного комплекта задач (пучка задач) важную роль играют задаваемые учителем специальные структурообразующие вопросы. Такие вопросы способствуют выявлению общих методов решения конкретных задач. Ученику необходимо не просто угадать ответ, а логически обосновать его. Важным моментом является то, что вопросы и ответы обсуждаются до начала собственно решения задачи. Таким образом, ученик приучается мыслить, а не действовать сразу по установленному шаблону. (Это, кстати, напоминает старинное правило: «Прежде чем решать задачу, полезно познакомиться с ее решением».) Вот как могут начинаться некоторые структурообразующие вопросы: «Объясните…», «Что изменится…», «Следует ли предполагать (указать, что именно)…», «Докажите…», «Что можно не учитывать при решении…» и т.п. Весьма эффективен также прием, заключающийся в том, что ученики вслух объясняют собственные решения¹ .
Использование пучков задач будет формировать систему знаний, а не набор фактов, особенно в сочетании со структурообразующими вопросами. Появляется реальный шанс достичь высокого уровня понимания учебного материала, т. к. новое знание будет усваиваться с минимальными затратами сил и времени. Произойдет репрография информации – свертывание и сохранение данных в памяти учащихся. Ведь если ученик может дать определение понятия, перечислить и пересказать урочный материал, то возникает уверенность, что он понимает тему и может применить знания.
К сожалению, это далеко не так. Нужны не знания-сведения, а знания-умения. В современной же практике преподавания часто существует почти исключительно информационное обучение. Наличие у ученика неосмысленных знаний-сведений, которые функционально мертвы, означает, что они не выполняют свои методологические, прогностические, практические и технологические функции. Этих знаний-сведений оказывается недостаточно для последующего решения задач.
Одним из главных средств контроля знаний в современной школе становятся ответы на вопросы, которые можно вызубрить. Тогда-то у учителя, а также у ученика и его родителей возникает опасная иллюзия, что знания по данному предмету есть. Надо же, как нам кажется, ставить задачу значительно шире: важно развивать способность к анализу, критическому разбору возникающих ситуаций, самостоятельному принятию решений.
Укажем, что приоритет в создании и использовании пучков задач принадлежит математикам (в частности, О.А.Иванову² ), возможности которых в вопросах решения задач неизмеримо шире, чем у химиков. В химической литературе обычно используются так называемые разноуровневые задачи. В школьной же физике интересен подход, предлагаемый Д.А.Лопатиным, который, начиная с конца 1980-х гг., последовательно разрабатывает свою систему решения задач³.
Мы составили банк разнообразных химических задач по взаимодействию пластинок различных металлов с растворами солей, провели их разбор и составили описание алгоритмов решения.
Специалисты утверждают, что для того, чтобы научиться решать задачи только одного типа, надо самостоятельно решить от 5 до 80 задач этого вида (число задач зависит от нейропсихологических особенностей ребенка). Мы предлагаем здесь «Пятнадцать чертовых дюжин задач про пластинки», т. е. 195 задач на самый взыскательный вкус и интерес. Начинать их решение можно в любой последовательности и порядке – это будет как минимум пятнадцать разных вариантов для самостоятельной домашней и классной работы. Учителям, разумеется, не запрещено составлять из этих задач (или других подобных им) свои пучки, учитывая конкретный уровень подготовки (химической и математической) учеников. Для этого мы предлагаем несколько резервных задач.

а б

Реакция металлической пластинки с ионами металла, входящего в состав соли: а – начало реакции; б – продукты реакции – новый металл на пластинке и новая соль в растворе

Для решения приводимых далее задач удобно пользоваться справочными таблицами, в которые включены часто встречающиеся формулы (табл. 1, 2).

Таблица 1

Значения молярных масс наиболее часто
встречающихся веществ в задачах «на пластинки»

Таблица 2

Вспомогательные сведения для вычисления
молярных масс M кристаллогидратов

Вытеснение одних металлов другими из растворов их солей определяется с помощью ряда стандартных электродных потенциалов (табл. 3). При этом можно руководствоваться следующими простыми правилами:
1) соль должна быть растворимой;
2) металл (простое вещество) не должен взаимодействовать с водой при 25 °С;
3) металл (простое вещество) должен располагаться в ряду напряжений левее металла, входящего в состав соли;
4) если третье правило не выполняется, надо проверить с помощью «ключа Жукова»⁴ (см. табл. 3) возможность осуществления окислительно-восстановительной реакции, в результате которой образуются две соли.

Таблица 3

Ряд стандартных электродных потенциалов  (фрагмент)
с «ключом Жукова»

¹ Didierjean A., Cauzinille-Marmeche E. Eliciting Self-Explanation Improves Problems Solving: What Processes Are Involved? Cahiers de Psychologie Cognitive. Current Psychology of Cognition. Marseille: ADRSC, 1997, v. 16, № 3, р. 325–351.
² Иванов О.А. Теоретические основы построения системы специальной математической и методической подготовки преподавателей профильных школ. СПб., 1997; Иванов О.А. Обучение поиску решения задач (фантазии в манере Пойи). Математика в школе, 1997, № 6, с. 47–71.
³ Лопатин Д.А. Задачник для учителя и репетитора. Школьные технологии, 1998, № 3, с. 3–40.
⁴ Жуков П.Н. Методика использования электрохимического ряда напряжений металлов. Химия в школе, 1978, № 1, с. 48–51.

Печатается с продолжением

С.В.ТЕЛЕШОВ, учитель химии,
И.КУТУМОВ (г. Нефтеюганск)