Химия и химическое образование. Образование химических элементов и веществ
Химический элемент – совокупность атомов с одинаковым зарядом. Как же образуются простые и сложные химические элементы?
Химический элемент
Все многообразие окружающей нас природы состоит из сочетаний сравнительно небольшого числа химических элементов.
В различные исторические эпохи в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие философы в качестве «элементов» рассматривали четыре «стихии» – тепло, холод, сухость и влажность. Сочетаясь попарно, они образовывали четыре «начала» всех вещей – огонь, воздух, воду и землю. В середине века к этим началам добавились соль, сера и ртуть. В XVIII веке Р. Бойль указал на то, что все элементы носят материальный характер и их число может быть достаточно велико.
В 1787 году французский химик А. Лавуазье создал «Таблицу простых тел». В нее вошли все известные к тому времени элементы. Под последними понимались простые тела, которые не удавалось разложить химическими методами на еще более простые. Впоследствии выяснилось, что в таблицу вошли и некоторые сложные вещества.
Рис. 1. А. Лавуазье.
В настоящее время понятие «химический элемент» установлено точно. Химический элемент – это вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра. Последний равен порядковому номеру элемента в таблице Менделеева.
В настоящее время известно 118 элементов. Примерно 90 из них существуют в природе. Остальные получены искусственно с помощью ядерных реакций.
104-107 элементы были синтезированы учеными-физиками. В настоящее время продолжаются исследования по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми номерами.
Все элементы делятся на металлы и неметаллы. К неметаллам относятся такие элементы, как: гелий, неон, аргон, криптон, фтор, хлор, бром, йод, астат, кислород, сера, селен, азот, телур, фосфор, мышьяк, кремний, бор, водород. Однако деление на металлы и неметаллы условное. При определенных условиях некоторые металлы могут приобретать неметаллические свойства, а некоторые неметаллы – металлические.
Образование химических элементов и веществ
Химические элементы могут существовать в виде одиночных атомов, в виде одиночных свободных ионов, но обычно входят в состав простых и сложных веществ.
Рис. 2. Схемы образования химических элементов.
Простые вещества состоят из атомов одного вида и образуются в результате соединения атомов в молекулы и кристаллы. Большинство химических элементов относятся к металлическим, потому что образованные ими простые вещества является металлами. Металлы имеют общие физические свойства: все они твердые (кроме ртути), непрозрачные, имеют металлический блеск, тепло- и электропроводность, ковкость. Металлы образуют такие химические элементы, как, например, магний, кальций, железо, медь.
Неметаллические элементы образуют простые вещества, относящиеся к неметаллам. Они не имеют характерных металлических свойств, бывают газами (кислород, азот), жидкостями (бром), и твердыми веществами (сера, йод).
Один и тот же элемент может образовывать несколько разных простых веществ, обладающих разными физическими и химическими свойствами. Они называются аллотропными формами, а явление их существования называется аллотропией. Примерами могут быть алмаз, графит и карбин – простые вещества, являющиеся аллотропными формами элемента углерода.
Рис. 3. Алмаз, графит, карбин.
Сложные вещества состоят из атомов элементов разного вида. Например, сульфид железа состоит из атомов химического элемента железа и химического элемента серы. При этом сложное вещество ни в коей мере не сохраняет свойств простых веществ железа и серы: их там нет, а есть атомы соответствующих элементов.
Что мы узнали?
В настоящее время известно 118 химических элементов, которые подразделяются на металлы и неметаллы. Все элементы можно разделить на простые и сложные вещества. первые состоят из атомов одного вида, а вторые – из атомов разных видов.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.3 . Всего получено оценок: 296.
Адрес: Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д.48
Е-мейл Оргкомитета: [email protected]
Организаторы: РГПУ им. А.И. Герцена
Условия участия и жилье: 400 руб.
Уважаемые коллеги!
Приглашаем Вас принять участие во II Всероссийской студенческой конференции с международным участием «Химия и химическое образование XXI века», посвященной 50-летию факультета химии РГПУ им. А.И. Герцена и 100-летию со дня рождения профессора В.В. Перекалина.
Конференция состоится на базе РГПУ им. А.И. Герцена.
Сроки проведения конференции – с 15 по 17 апреля 2013 гЦель конференции – обмен результатами изучения современных проблем химии и химического образования между молодыми исследователями и активное приобщение студентов к научно-исследовательской работе. В рамках конференции будут представлены секционные (до 10 мин) и стендовые доклады студентов , обучающихся в бакалавриате, сп ециалитете и магистратуре. Возможно заочное участие с публикацией тезисов доклада.Отобранные Оргкомитетом тезисы докладов будут опубликованы в сборнике материалов конференции с присвоением номера ISBN . С пленарными докладами выступят приглашенные ведущие химики Санкт-Петербурга.
Основные научные направления конференции:
- Секция 1 – органическая, биологическая и фармацевтическая химия
- Секция 2 – физическая, аналитическая и экологическая химия
- Секция 3 – неорганическая и координационная химия, нанотехнологии
- Секция 4 – химическое образование
Для участия в конференции необходимо:
До 15 февраля 2013 г. выслать регистрационную форму участника и тезисы доклада, оформленные в соответствии с требованиями, на электронный адрес конференции: conference -2013@yandex .ru
Хими ческое и хи мико-технологи ческое образова ние, система овладения в учебных заведениях знаниями по химии и химической технологии , способами применения их к решению инженерно-технологических и исследовательских задач. Подразделяется на общее химическое образование , обеспечивающее овладение знаниями основ химической науки, и специальное химическое и , вооружающее знаниями химии и химической технологии , необходимыми специалистам высшей и средней квалификации для производственной деятельности, научно-исследовательской и преподавательской работы как в области химии , так и в связанных с ней отраслях науки и техники. Общее химическое образование даётся в средней общеобразовательной школе, средних профессионально-технических и средних специальных учебных заведениях. Специальное химическое и химико-технологическое образование приобретается в различных высших и средних специальных учебных заведениях (университетах, институтах, техникумах, училищах). Его задачи, объём и содержание зависят от профиля подготовки в них специалистов (химическая, горная, пищевая, фармацевтическая, металлургическая промышленность, сельское хозяйство, медицина, теплоэнергетика и т.д.). Содержание химического и изменяется в зависимости от развития химии и требований производства.
Совершенствование структуры и содержания химического и химико-технологического образования связано с научной и педагогической деятельностью многих советских учёных - А.. Е. Арбузова, Б. А. Арбузова, А. Н. Баха, С. И. Вольфковича, Н. Д. Зелинского, И. А. Каблукова, В. А. Каргина, И. Л. Кнунянца, Д. П. Коновалова, С. В. Лебедева, С. С. Наметкина, Б. В. Некрасова, А. Н. Несмеянова, А. Е. Порай-Кошица, А. Н. Реформатского, С. Н. Реформатского, Н. Н. Семенова, Я. К. Сыркина, В. Е. Тищенко, А. Е. Фаворского и др. Новые достижения химически наук освещаются в специальных химических журналах , помогающих в совершенствовании научного уровня курсов химии и химической технологии в высшей школе. Для учителей издаётся журнал «Химия в школе».
В других социалистических странах подготовка специалистов с химическим и химико-технологическим образованием осуществляется в университетах и специализированных вузах. Крупными центрами такого образования являются: в НРБ - Софийский университет, Софийский ; в ВНР - Будапештский университет, Веспремский ; в ГДР - Берлинский, Дрезденский технический, Ростокский университеты, Магдебургская высшая техническая школа; в ПНР - Варшавский, Лодзинский, Люблинский университеты, Варшавский политехнический институт; в СРР - Бухарестский, Клужский университеты, Бухарестский, Ясский политехнический институты; в ЧССР - Пражский университет, Пражский , Пардубицкая высшая химико-технологическая школа; в СФРЮ - Загребский, Сараевский, Сплитский университеты и др.
В капиталистических странах крупными центрами химического и химико-технологического образования являются: в Великобритании - Кембриджский, Оксфордский, Батский, Бирмингемский университеты, Манчестерский политехнический институт; в Италии - Болонский, Миланский университеты; в США - Калифорнийский, Колумбийский, Мичиганский технологические университеты, Толедский университет, Калифорнийский, Массачусетсский технологические институты; во Франции - Гренобльский 1-й, Марсельский 1-й, Клермон-Ферранский, Компьенский технологический, Лионский 1-й, Монпельеский 2-й, Парижские 6-й и 7-й университеты, Лоранский, Тулузский политехнические институты; в ФРГ - Дортмундский, Ганноверский, Штутгартский университеты, Высшие технические школы в Дармштадте и Карлсруэ; в Японии - Киотский, Окаямский, Осакский, Токийский университеты и др.
Лит.: Фигуровский Н. А., Быков Г. В., Комарова Т. А., Химия в Московском университете за 200 лет, М., 1955; История химических наук, М., 1958; Ременников Б. М., Ушаков Г. И., Университетское образование в СССР, М., 1960; Зиновьев С. И., Ременников Б. М., Высшие учебные заведения СССР, [М.], 1962; Парменов К. Я., Химия как учебный предмет в дореволюционной и советской школе, М., 1963; Преподавание химии по новой программе в средней школе. [Сб. ст.], М., 1974; Джуа М., История химии , пер. с итал., М., 1975.
Выступление на втором
Московском педагогическом марафоне
учебных предметов, 9 апреля 2003 г.
Естественные науки во всем мире переживают
нелегкие времена. Финансовые потоки уходят из
науки и образования в военно-политическую сферу,
престиж научных работников и преподавателей
падает, а необразованность большей части
общества стремительно растет. Миром правит
невежество. Дело доходит до того, что в Америке
правые христиане требуют юридической отмены
второго закона термодинамики, который, по их
мнению, противоречит религиозным доктринам.
Больше других естественных наук страдает химия.
У большинства людей эта наука ассоциируется с
химическим оружием, загрязнением окружающей
среды, техногенными катастрофами, производством
наркотиков и т. д. Преодоление «хемофобии» и
массовой химической безграмотности, создание
привлекательного общественного образа химии –
одна из задач химического образования,
современное состояние которого в России мы хотим
обсудить.
Программа модернизации (реформы)
образования в России и ее недостатки
В Советском Союзе существовала отлаженная
система химического образования, основанная на
линейном подходе, когда изучение химии
начиналось в средних классах и заканчивалось в
старших. Была разработана согласованная схема
обеспечения учебного процесса, в том числе:
программы и учебники, подготовка и повышение
квалификации учителей, система химических
олимпиад всех уровней, комплекты учебных пособий
(«Библиотека школы», «Библиотека учителя» и
т. д.), общедоступные методические журналы («Химия
в школе» и т. д.), демонстрационные и лабораторные
приборы.
Образование – консервативная и инертная
система, поэтому даже после распада СССР
химическое образование, которое понесло тяжелые
финансовые потери, продолжало выполнять свои
задачи. Однако несколько лет назад в России
началась реформа системы образования, главная
цель которой – поддержка вхождения новых
поколений в глобализованный мир, в открытое
информационное сообщество. Для этого, по мнению
авторов реформы, центральное место в содержании
образования должны занимать коммуникативность,
информатика, иностранные языки, межкультурное
обучение. Как видим, для естественных наук места
в этой реформе не предусмотрено.
Объявлено, что новая реформа должна обеспечить
переход на сопоставимую с мировой систему
показателей качества и стандартов образования.
Разработан и план конкретных мероприятий, среди
которых главные – переход на 12-летнее школьное
обучение, введение единого государственного
экзамена (ЕГЭ) в форме всеобщего тестирования,
разработка новых стандартов образования на
основе концентрической схемы, согласно которой к
моменту окончания девятилетки ученики должны
иметь целостное представление о предмете.
Как повлияет эта реформа на химическое
образование в России? На наш взгляд, резко
отрицательно. Дело в том, что среди разработчиков
Концепции модернизации российского образования
не было ни одного представителя естествознания,
поэтому интересы естественных наук в этой
концепции совершенно не учтены. ЕГЭ в той форме, в
какой его задумали авторы реформы, испортит
систему перехода от средней школы к высшей,
которую вузы с таким трудом сформировали в
первые годы независимости России, и разрушит
преемственность российского образования.
Один из аргументов в пользу ЕГЭ состоит в том, что
он, по мнению идеологов реформы, обеспечит равный
доступ к высшему образованию для различных
социальных слоев и территориальных групп
населения.
Наш многолетний опыт дистанционного
обучения, связанный с проведением Соросовской
олимпиады по химии и заочно-очной формой приема
на химический факультет МГУ, показывает, что
дистанционное тестирование, во-первых, не дает
объективной оценки знаний, а во-вторых, не
обеспечивает школьникам равных возможностей. За
5 лет Соросовских олимпиад через наш факультет
прошло больше 100 тыс. письменных работ по химии, и
мы убедились в том, что общий уровень решений
очень сильно зависит от региона; кроме того, чем
ниже был образовательный уровень региона, тем
больше оттуда присылали списанных работ. Еще
одно существенное возражение против ЕГЭ состоит
в том, что тестирование как форма проверки знаний
имеет существенные ограничения. Даже корректно
составленный тест не позволяет объективно
оценить умение школьника рассуждать и делать
выводы. Наши студенты изучили материалы ЕГЭ по
химии и обнаружили большое число некорректных
или неоднозначных вопросов, которые нельзя
применять для тестирования школьников. Мы пришли
к выводу, что ЕГЭ можно использовать только как
одну из форм контроля работы средних школ, но ни в
коем случае не как единственный, монопольный
механизм доступа к высшему образованию.
Другой отрицательный аспект реформы связан с
разработкой новых стандартов образования,
которые должны приблизить российскую систему
образования к европейской. В проекте стандартов,
предложенном в 2002 г. Министерством образования,
был нарушен один из главных принципов
естественно-научного образования – предметность
.
Руководители рабочей группы, которые составляли
проект, предлагали подумать о том, чтобы
отказаться от отдельных школьных курсов химии,
физики и биологии и заменить их единым
интегрированным курсом «Естествознание». Такое
решение, пусть даже принятое на долгосрочную
перспективу, просто похоронило бы химическое
образование в нашей стране.
Что же в этих неблагоприятных
внутриполитических условиях можно сделать для
сохранения традиций и развития химического
образования в России? Теперь мы переходим к нашей
позитивной программе, многое из которой уже
удалось реализовать. Эта программа имеет два
основных аспекта – содержательный и
организационный: мы стараемся определять
содержание химического образования в нашей
стране и развивать новые формы взаимодействия
центров химического образования.
Новый государственный стандарт
химического образования
Химическое образование начинается со школы.
Содержание школьного образования определяется
главным нормативным документом –
государственным стандартом школьного
образования. В рамках принятой у нас
концентрической схемы существуют три стандарта
по химии: основное общее образование
(8–9-е
классы), базовое среднее
и профильное
среднее образование
(10–11-е классы). Один из нас
(Н.Е.Кузьменко) возглавил рабочую группу
Министерства образования по подготовке
стандартов, и к настоящему времени эти стандарты
полностью сформулированы и готовы к
законодательному утверждению.
Принимаясь за разработку стандарта химического
образования, авторы исходили из тенденций
развития современной химии и учитывали ее роль в
естествознании и в обществе. Современная химия
– это фундаментальная система знаний об
окружающем мире, основанная на богатом
экспериментальном материале и надежных
теоретических положениях
. Научное содержание
стандарта базируется на двух основных понятиях:
«вещество» и «химическая реакция».
«Вещество» – главное понятие химии. Вещества
окружают нас везде: в воздухе, пище, почве,
бытовой технике, растениях и, наконец, в нас
самих. Часть из этих веществ нам дана природой в
готовом виде (кислород, вода, белки, углеводы,
нефть, золото), другую часть человек получил
путем небольшой модификации природных
соединений (асфальт или искусственные волокна),
но самое большое число веществ, которые раньше в
природе не существовали, человек синтезировал
самостоятельно. Это – современные материалы,
лекарства, катализаторы. На сегодняшний день
известно около 20 млн органических и около 500 тыс.
неорганических веществ, и каждое из них обладает
внутренней структурой. Органический и
неорганический синтез достиг такой высокой
степени развития, что позволяет синтезировать
соединения с любой заранее заданной структурой.
В связи с этим на первый план в современной химии
выходит
прикладной аспект
, в котором упор делается на
связи структуры вещества с его свойствами
, а
основная задача состоит в поиске и синтезе
полезных веществ и материалов, обладающих
заданными свойствами.
Самое интересное в окружающем мире состоит в том,
что он постоянно изменяется. Второе главное
понятие химии – это «химическая реакция». Каждую
секунду в мире происходит неисчислимое
множество реакций, в результате которых одни
вещества превращаются в другие. Некоторые
реакции мы можем наблюдать непосредственно,
например ржавление железных предметов,
свертывание крови, сгорание автомобильного
топлива. В то же время подавляющее большинство
реакций остаются невидимыми, но именно они
определяют свойства окружающего нас мира. Для
того чтобы осознать свое место в мире и научиться
им управлять, человек должен глубоко понять
природу этих реакций и те законы, которым они
подчиняются.
Задача современной химии состоит в изучении
функций веществ в сложных химических и
биологических системах, анализе связи структуры
вещества с его функциями и синтезе веществ с
заданными функциями.
Исходя из того, что стандарт должен служить
инструментом развития образования, было
предложено разгрузить содержание основного
общего образования и оставить в нем только те
элементы содержания, образовательная ценность
которых подтверждена отечественной и мировой
практикой преподавания химии в школе. Это
минимальная по объему, но функционально полная
система знаний.
Стандарт основного общего образования
включает шесть содержательных блоков:
- Методы познания веществ и химических явлений.
- Вещество.
- Химическая реакция.
- Элементарные основы неорганической химии.
- Первоначальные представления об органических веществах.
- Химия и жизнь.
Стандарт базового среднего образования разбит на пять содержательных блоков:
- Методы познания химии.
- Теоретические основы химии.
- Неорганическая химия.
- Органическая химия.
- Химия и жизнь.
Основу обоих стандартов составляют
периодический закон Д.И.Менделеева, теория
строения атомов и химической связи, теория
электролитической диссоциации и структурная
теория органических соединений.
Стандарт базового среднего уровня призван
обеспечить выпускнику средней школы прежде
всего возможность ориентироваться в
общественных и личных проблемах, связанных с
химией.
В стандарте профильного уровня
система
знаний значительно расширена в первую очередь за
счет представлений о строении атомов и молекул, а
также о закономерностях протекания химических
реакций, рассматриваемых с точки зрения теорий
химической кинетики и химической термодинамики.
Тем самым обеспечивается подготовка выпускников
средней школы к продолжению химического
образования в высшей школе.
Новая программа и новые
учебники по химии
Новый, научно обоснованный стандарт
химического образования подготовил
благоприятную почву для разработки новой
школьной программы и создания комплекта
школьных учебников на ее основе. В этом докладе
мы представляем школьную программу по химии для
8–9-го классов и концепцию серии учебников для
8–11-го классов, созданных авторским коллективом
химического факультета МГУ.
Программа курса химии основной
общеобразовательной школы рассчитана на
учащихся 8–9-го классов. От типовых программ,
действующих в настоящее время в средних школах
России, ее отличают более выверенные
междисциплинарные связи и точный отбор
материала, необходимого для создания целостного
естественно-научного восприятия мира,
комфортного и безопасного взаимодействия с
окружающей средой в условиях производства и в
быту. Программа построена таким образом, что в
ней главное внимание уделяется тем разделам
химии, терминам и понятиям, которые так или иначе
связаны с повседневной жизнью, а не являются
«кабинетным знанием» узко ограниченного круга
лиц, чья деятельность связана с химической
наукой.
В течение первого года обучения химии (8-й класс)
основное внимание уделяется формированию у
учащихся элементарных химических навыков,
«химического языка» и химического мышления. Для
этого выбраны объекты, знакомые из повседневной
жизни (кислород, воздух, вода). В 8-м классе мы
сознательно избегаем сложного для восприятия
школьников понятия «моль», практически не
используем расчетные задачи. Основная идея этой
части курса – привить ученикам навыки описания
свойств различных веществ, сгруппированных по
классам, а также показать связь между строением
веществ и их свойствами.
На втором году обучения (9-й класс) введение
дополнительных химических понятий
сопровождается рассмотрением строения и свойств
неорганических веществ. В специальном разделе
кратко рассматриваются элементы органической
химии и биохимии в объеме, предусмотренном
государственным стандартом образования.
Для развития химического взгляда на мир в
курсе проводятся широкие корреляции между
полученными ребятами в классе элементарными
химическими знаниями и свойствами тех объектов,
которые известны школьникам в повседневной
жизни, но до этого ими воспринимались лишь на
бытовом уровне. На основе химических
представлений учащимся предлагается взглянуть
на драгоценные и отделочные камни, стекло, фаянс,
фарфор, краски, продукты питания, современные
материалы. В программе расширен круг объектов,
которые описываются и обсуждаются лишь на
качественном уровне, не прибегая к громоздким
химическим уравнениям и сложным формулам. Мы
обращали большое внимание на стиль изложения,
который позволяет вводить и обсуждать
химические понятия и термины в живой и наглядной
форме. В этой связи постоянно подчеркиваются
междисциплинарные связи химии с другими науками,
не только естественными, но и гуманитарными.
Новая программа реализована в комплекте
школьных учебников для 8–9-х классов, один из
которых уже сдан в печать, а другой находится в
стадии написания. При создании учебников мы
учитывали изменение социальной роли химии и
общественного интереса к ней, которое вызвано
двумя основными взаимосвязанными факторами.
Первое – это «хемофобия»
, т. е. отрицательное
отношение общества к химии и ее проявлениям. В
этой связи важно на всех уровнях объяснять, что
плохое – не в химии, а в людях, которые не
понимают законов природы или имеют нравственные
проблемы.
Химия – очень мощный инструмент в руках
человека, в ее законах нет понятий добра и зла.
Пользуясь одними и теми же законами, можно
придумать новую технологию синтеза наркотиков
или ядов, а можно – новое лекарство или новый
строительный материал.
Другой социальный фактор – это прогрессирующая химическая
безграмотность
общества на всех его уровнях –
от политиков и журналистов до домохозяек.
Большинство людей совершенно не представляет, из
чего состоит окружающий мир, не знает
элементарных свойств даже простейших веществ и
не может отличить азот от аммиака, а этиловый
спирт от метилового. Именно в этой области
грамотный учебник по химии, написанный простым и
понятным языком, может сыграть большую
просветительскую роль.
При создании учебников мы исходили из следующих
постулатов.
Основные задачи школьного курса химии
1. Формирование научной картины окружающего
мира и развитие естественно-научного
мировоззрения. Представление химии как
центральной науки, направленной на решение
насущных проблем человечества.
2. Развитие химического мышления, умения
анализировать явления окружающего мира в
химических терминах, способности говорить (и
думать) на химическом языке.
3. Популяризация химических знаний и внедрение
представлений о роли химии в повседневной жизни
и ее прикладном значении в жизни общества.
Развитие экологического мышления и знакомство с
современными химическими технологиями.
4. Формирование практических навыков безопасного
обращения с веществами в повседневной жизни.
5. Пробуждение живого интереса у школьников к
изучению химии как в рамках школьной программы,
так и дополнительно.
Основные идеи школьного курса химии
1. Химия – центральная наука о природе, тесно
взаимодействующая с другими естественными
науками. Основное значение для жизни общества
имеют прикладные возможности химии.
2. Окружающий мир состоит из веществ, которые
характеризуются определенной структурой и
способны к взаимным превращениям. Существует
связь между структурой и свойствами веществ.
Задача химии состоит в создании веществ с
полезными свойствами.
3. Окружающий мир постоянно изменяется. Его
свойства определяются химическими реакциями,
которые в нем протекают. Для того чтобы управлять
этими реакциями, необходимо глубоко понимать
законы химии.
4. Химия – мощный инструмент для преобразования
природы и общества. Безопасное применение химии
возможно только в высокоразвитом обществе с
устойчивыми нравственными категориями.
Методические принципы и стиль учебников
1. Последовательность изложения материала
ориентирована на изучение химических свойств
окружающего мира с постепенным и деликатным (т. е.
ненавязчивым) знакомством с теоретическими
основами современной химии. Описательные
разделы чередуются с теоретическими. Материал
равномерно распределен по всему периоду
обучения.
2. Внутренняя замкнутость, самодостаточность и
логическая обоснованность изложения. Любой
материал преподносится в контексте общих
проблем развития науки и общества.
3. Постоянная демонстрация связи химии с жизнью,
частое напоминание о прикладном значении химии,
научно-популярный анализ веществ и материалов, с
которыми учащиеся сталкиваются в повседневной
жизни.
4. Высокий научный уровень и строгость изложения.
Химические свойства веществ и химические
реакции описываются так, как они идут на самом
деле. Химия в учебниках – реальная, а не
«бумажная».
5. Дружелюбный, легкий и беспристрастный стиль
изложения. Простой, доступный и грамотный
русский язык. Использование «сюжетов» –
коротких, занимательных рассказов, связывающих
химические знания с повседневной жизнью, – для
облегчения восприятия. Широкое использование
иллюстраций, которые составляют около 15% объема
учебников.
6. Двухуровневая структура представления
материала. «Крупный шрифт» – это базовый
уровень, «мелкий шрифт» предназначен для более
глубокого изучения.
7. Широкое использование простых и наглядных
демонстрационных опытов, лабораторных и
практических работ для изучения
экспериментальных аспектов химии и развития
практических навыков учащихся.
8. Использование вопросов и задач двух уровней
сложности для более глубокого усвоения и
закрепления материала.
В комплект учебных пособий мы предполагаем включить:
- учебники по химии для 8–11-го классов;
- методические указания для учителей, тематическое планирование уроков;
- дидактические материалы;
- книгу для чтения учащимися;
- справочные таблицы по химии;
- компьютерную поддержку в виде компакт-дисков, содержащих: а) электронный вариант учебника; б) справочные материалы; в) демонстрационные опыты; г) иллюстративный материал; д) анимационные модели; е) программы для решения расчетных задач; ж) дидактические материалы.
Мы надеемся, что новые учебники позволят многим
школьникам по-новому взглянуть на наш предмет и
покажут им, что химия – увлекательная и очень
полезная наука.
В развитии интереса школьников к химии кроме
учебников большую роль играют химические
олимпиады.
Современная система химических олимпиад
Система химических олимпиад – одна из немногих
образовательных структур, которые выдержали
распад страны. Всесоюзная олимпиада по химии
трансформировалась во Всероссийскую, сохранив
ее основные черты. В настоящее время эта
олимпиада проходит в пять этапов: школьный,
районный, областной, федеральный окружной и
финальный. Победители финального этапа
представляют Россию на Международной химической
олимпиаде. Самыми важными с точки зрения
образования являются наиболее массовые этапы –
школьный и районный, за который отвечают
школьные учителя и методические объединения
городов и районов России. За всю олимпиаду в
целом отвечает Министерство образования.
Интересно, что бывшая Всесоюзная олимпиада по
химии тоже сохранилась, но в новом качестве.
Ежегодно химический факультет МГУ организует
международную Менделеевскую олимпиаду
, в
которой участвуют победители и призеры
химических олимпиад стран СНГ и Балтии. В прошлом
году эта олимпиада с большим успехом прошла в
Алма-Ате, в этом году – в г. Пущино Московской
области. Менделеевская олимпиада позволяет
талантливым детям из бывших республик
Советского Союза поступить в МГУ и другие
престижные вузы без экзаменов. Необычайно ценно
также общение преподавателей химии во время
олимпиады, которое способствует сохранению
единого химического пространства на территории
бывшего Союза.
В последние пять лет число предметных олимпиад
резко возросло за счет того, что многие вузы в
поисках новых форм привлечения абитуриентов
стали проводить собственные олимпиады и
засчитывать результаты этих олимпиад в качестве
вступительных экзаменов. Одним из пионеров этого
движения был химический факультет МГУ, который
ежегодно проводит заочно-очную олимпиаду
по
химии, физике и математике. Этой олимпиаде,
которую мы назвали «Абитуриент МГУ», в этом году
исполняется уже 10 лет. Она обеспечивает равный
доступ всем группам школьников к обучению в МГУ.
Олимпиада проходит в два этапа: заочный и очный. первый
– заочный
– этап имеет ознакомительный
характер. Мы публикуем задания во всех
профильных газетах и журналах и рассылаем
задания по школам. На решение отводится почти
полгода. Тех, кто выполнил хотя бы половину
заданий, мы приглашаем на второй
этап – очный
тур, который проходит в 20-х числах мая.
Письменные задания по математике и химии
позволяют определить победителей олимпиады,
которые получают преимущества при поступлении
на наш факультет.
География этой олимпиады необычайно широка.
Каждый год в ней участвуют представители всех
регионов России – от Калининграда до
Владивостока, а также несколько десятков
«иностранцев» из стран СНГ. Развитие этой
олимпиады привело к тому, что почти все
талантливые дети из провинции едут учиться к нам:
более 60% студентов химического факультета МГУ –
иногородние.
В то же время вузовские олимпиады постоянно
испытывают давление со стороны Министерства
образования, которое проводит идеологию ЕГЭ и
стремится лишить вузы самостоятельности в
определении форм приема абитуриентов. И здесь на
помощь министерству приходит, как это ни странно,
Всероссийская олимпиада. Идея министерства
состоит в том, что преимущества при поступлении в
вузы должны иметь только участники тех олимпиад,
которые организационно вливаются в структуру
Всероссийской олимпиады. Любой вуз может
самостоятельно проводить какую угодно олимпиаду
безо всякой связи с Всероссийской, но результаты
такой олимпиады не будут засчитываться при
поступлении в этот вуз.
Если такая идея будет законодательно оформлена,
это нанесет довольно сильный удар по системе
приема в вузы и, самое главное, по школьникам
выпускных классов, которые лишатся многих
стимулов к поступлению в выбранный ими вуз.
Однако в этом году прием в вузы будет проходить
по прежним правилам, и в связи с этим мы хотим
рассказать о вступительном экзамене по химии в
МГУ.
Вступительный экзамен по химии в МГУ
Вступительный экзамен по химии в МГУ сдают на
шести факультетах: химическом, биологическом,
медицинском, почвенном, факультете наук о
материалах и новом факультете биоинженерии и
биоинформатики. Экзамен – письменный, рассчитан
на 4 часа. За это время школьники должны решить 10
задач разного уровня сложности: от тривиальных,
т. е. «утешительных», до довольно сложных, которые
позволяют дифференцировать оценки.
Ни одна из задач не требует специальных знаний,
выходящих за рамки того, что изучают в профильных
химических школах. Тем не менее большинство
задач строится так, что для их решения требуются
размышления, основанные не на запоминании, а на
владении теорией. В качестве примера мы хотим
привести несколько таких задач из разных
разделов химии.
Теоретическая химия
Задача 1 (биологический факультет). Константа скорости реакции изомеризации A B равна 20 с –1 , а константа скорости обратной реакции B A равна 12 с –1 . Рассчитайте состав равновесной смеси (в граммах), полученной из 10 г вещества A.
Решение
Пусть в B превратилось x
г вещества A, тогда в
равновесной смеси содержится (10 – x
) г A и x
г B. При равновесии скорость прямой реакции равна
скорости обратной реакции:
20 (10 – x ) = 12x ,
откуда x
= 6,25.
Состав равновесной смеси: 3,75 г A, 6,25 г B.
Ответ
. 3,75 г A, 6,25 г B.
Неорганическая химия
Задача 2 (биологический факультет). Какой объем углекислого газа (н. у.) надо пропустить через 200 г 0,74%-го раствора гидроксида кальция, чтобы масса выпавшего осадка составила 1,5 г, а раствор над осадком не давал окраски с фенолфталеином?
Решение
При пропускании углекислого газа через раствор
гидроксида кальция сначала образуется осадок
карбоната кальция:
который затем может растворяться в избытке CO 2:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2 .
Зависимость массы осадка от количества вещества CO 2 имеет следующий вид:
При недостатке CO 2 раствор над осадком
будет содержать Ca(OH) 2 и давать фиолетовое
окрашивание с фенолфталеином. По условию этого
окрашивания нет, следовательно, CO 2
находится в избытке
по сравнению с Ca(OH) 2 , т. е. сначала весь Ca(OH) 2
превращается в CaCO 3 , а затем CaCO 3
частично растворяется в CO 2 .
(Ca(OH) 2) = 200 0,0074/74 = 0,02 моль, (CaCO 3) = 1,5/100 = 0,015 моль.
Для того чтобы весь Ca(OH) 2 перешел в CaCO 3 , через исходный раствор надо пропустить 0,02 моль CO 2 , а затем пропустить еще 0,005 моль CO 2 , чтобы 0,005 моль CaCO 3 растворилось и осталось 0,015 моль.
V(CO 2) = (0,02 + 0,005) 22,4 = 0,56 л.
Ответ . 0,56 л CO 2 .
Органическая химия
Задача 3 (химический факультет). Ароматический углеводород с одним бензольным кольцом содержит 90,91% углерода по массе. При окислении 2,64 г этого углеводорода подкисленным раствором перманганата калия выделяется 962 мл газа (при 20 °С и нормальном давлении), а при нитровании образуется смесь, содержащая два мононитропроизводных. Установите возможную структуру исходного углеводорода и напишите схемы упомянутых реакций. Сколько мононитропроизводных образуется при нитровании продукта окисления углеводорода?
Решение
1) Определим молекулярную формулу искомого углеводорода:
(С):(Н) = (90,91/12):(9,09/1) = 10:12.
Следовательно, углеводород – С 10 Н 12 (М
= 132 г/моль) с одной двойной связью в боковой цепи.
2) Найдем состав боковых цепей:
(С 10 Н 12) = 2,64/132 = 0,02 моль,
(СО 2) = 101,3 0,962/(8,31 293) = 0,04 моль.
Значит, из молекулы С 10 Н 12 при
окислении перманганатом калия уходят два атома
углерода, следовательно, было два заместителя: СН 3
и С(СН 3)=СН 2 или СН=СН 2 и С 2 Н 5 .
3) Определим относительную ориентацию боковых
цепей: два мононитропроизводных при нитровании
дает только параизомер:
При нитровании продукта полного окисления – терефталевой кислоты – образуется только одно мононитропроизводное.
Биохимия
Задача 4 (биологический факультет). При полном гидролизе 49,50 г олигосахарида образовался только один продукт – глюкоза, при спиртовом брожении которой получено 22,08 г этанола. Установите число остатков глюкозы в молекуле олигосахарида и рассчитайте массу воды, необходимой для гидролиза, если выход реакции брожения – 80%.
N /(n – 1) = 0,30/0,25.
Откуда n
= 6.
Ответ
. n
= 6; m
(H 2
O) = 4,50 г.
Задача 5 (медицинский факультет). При полном гидролизе пентапептида Met-энкефалина были получены следующие аминокислоты: глицин (Gly) – H 2 NCH 2 COOH, фенилаланин (Phe) – H 2 NCH(CH 2 C 6 H 5)COOH, тирозин (Tyr) – H 2 NCH(CH 2 C 6 H 4 OH)COOH, метионин (Met) – H 2 NCH(CH 2 CH 2 SCH 3)COOH. Из продуктов частичного гидролиза этого же пептида были выделены вещества с молекулярными массами 295, 279 и 296. Установите две возможные последовательности аминокислот в данном пептиде (в сокращенных обозначениях) и рассчитайте его молярную массу.
Решение
По молярным массам пептидов можно установить их
состав, пользуясь уравнениями гидролиза:
дипептид + H 2 O = аминокислота I +
аминокислота II,
трипептид + 2H 2 O = аминокислота I +
аминокислота II + аминокислота III.
Молекулярные массы аминокислот:
Gly – 75, Phe – 165, Tyr – 181, Met – 149.
295 + 2 18 = 75 + 75 + 181,
трипептид – Gly–Gly–Tyr;
279 + 2 18 = 75 + 75 + 165,
трипептид – Gly–Gly–Phe;
296 + 18 = 165 + 149,
дипептид – Phe–Met.
Эти пептиды можно объединить в пентапептид таким образом:
M = 296 + 295 – 18 = 573 г/моль.
Возможна также прямо противоположная последовательность аминокислот:
Tyr–Gly–Gly–Phe–Met.
Ответ
.
Met–Phe–Gly–Gly–Tyr,
Tyr–Gly–Gly–Phe–Met; M
= 573 г/моль.
Конкурс на химический факультет МГУ и в другие химические вузы в последние годы остается стабильным, а уровень подготовки абитуриентов растет. Поэтому, подводя итоги, мы утверждаем, что, несмотря на сложные внешние и внутренние обстоятельства, химическое образование в России имеет хорошие перспективы. Главное, что нас в этом убеждает, – неиссякающий поток юных талантов, увлеченных нашей любимой наукой, стремящихся получить хорошее образование и принести пользу своей стране.
В.В.ЕРЕМИН
,
доцент химического факультета МГУ,
Н.Е.КУЗЬМЕНКО,
профессор химического факультета МГУ
(Москва)
Завьялова Ф.Д., учитель химии МАОУ «СОШ №3» с углубленным изучением отдельных предметов имени Героя России Игоря Ржавитина, ГО Ревда
Роль химии в современном мире? Химия — это область естественных наук, изучающая строение различных веществ, а также их взаимосвязь с окружающей средой. Для нужд человечества химическое образование имеет огромное значение. Во второй половине 20 века государство вкладывало средства в развитие химической науки, в результате появились новые открытия в области фармацевтического и промышленного производства, в связи с этим расширялась химическая промышленность, и это способствовало появлению востребованности в квалифицированных специалистов. На сегодняшний день химическое образование в нашей стране находится в очевидном кризисе.
Сейчас в школе происходит последовательное выдавливание естественных наук из школьного курса. Слишком много сократили время на изучения предметов естественного цикла, основное внимание уделяют патриотическому и нравственному воспитанию, перепутав образование с воспитанием, в результате, выпускники школ сегодня не понимают простейших химических законов. И многие учащиеся думают, что химия – это бесполезный предмет, и в будущем от нее не будет никакого прока.
А основной целью образования является развитие умственных способностей – это тренировка памяти, обучение логике, умению устанавливать причинноследственные связи, построению моделей, развитие абстрактного и пространственного мышления. Определяющую роль в этом играют естественные науки, которые отражают объективные законы развития природы. Химия изучает разные пути направления химических реакций и разнообразие веществ, поэтому занимает в ряду естественных наук особое место как инструмент развития умственных способностей школьников. Может сложиться так, что человек в своей профессиональной деятельности никогда не столкнется с химическими проблемами, но при изучении химии в школе будет развиваться способность мыслить.
Изучение одних только иностранных языков и других гуманитарных дисциплин недостаточно для формирования интеллекта современного человека. Четкое понимание того, как одни явления порождают другие, составление плана действий, моделирование ситуаций и поиск оптимальных решений, умение предвидеть последствия предпринимаемых действий – всему этому можно научиться только на базе естественных наук. Эти знания и умения необходимы абсолютно всем.
Отсутствие этих знаний и умений приводит к хаосу. С одной стороны, мы слышим призывы к инновациям в технологической сфере, углублению переработки сырья, внедрению энергосберегающих технологий, с другой стороны, наблюдаем сокращение естественнонаучных предметов в школе. Почему так происходит? Непонятно?!
Следующая важнейшая цель школьного образования – это подготовка к будущей взрослой жизни. Молодой человек должен войти в нее во всеоружии знаний о мире, что включает не только мир людей, но и мир вещей, и окружающую природу. Знания о материальном мире, о веществах, материалах и технологиях, с которыми они могут столкнуться в повседневной жизни дают естественные науки. Изучение только гуманитарных дисциплин приводит к тому, что подростки перестают понимать материальный мир и начинают бояться его. Отсюда – они уходят от реальности в виртуальное пространство.
Большая часть людей живет все же в материальном мире, постоянно контактирует с различными веществами и материалами и подвергает их, различным химическим и физико-химическим превращениям. Знания, как обращаться с веществами, человек получает в школе на уроках химии. Он может забыть формулу серной кислоту, но обращаться с ней всю жизнь будет с осторожностью. Он не закурит на бензоколонке и вовсе не потому, что видел, как горит бензин. Просто в школе на уроке химии ему объяснили, что бензин имеет свойство испаряться, образовывать взрывоопасные смеси с воздухом и гореть. Поэтому больше времени необходимо уделять освоению химии, и считаю, что напрасно сократили часы на изучение химии в школах.
На уроках естественного цикла готовят учащихся и к будущей профессии. Ведь предсказать, какие профессии будут наиболее востребованы через 20 лет, невозможно. По сведениям Департамента по труду и занятости населения сегодня профессии, связанные с химией, возглавляют список наиболее востребованных на рынке труда. Сейчас практически все товары, которые использует человек, тем или иным образом связаны с технологиями, в которых применяют химические реакции. Например, очистка топлива, использование пищевых красителей, моющие средства, пестициды для удобрения и так далее.
Профессии, связанные с химией – это не только специалисты, работающие в нефтеперерабатывающих и газодобывающих отраслях, а также те профессии, которые могут гарантировать работу практически в любом регионе.
Список наиболее востребованных специальностей:
- Химик-технолог, инженер-технолог, всегда сможет найти место на производстве города. В зависимости от профиля обучения, может работать на пищевых или на промышленных предприятиях. Главной задачей этого специалиста является контроль качества продукции, а также внедрение инноваций в производство.
- Химик-эколог, в каждом городе есть отдел, следящий за экологической ситуацией.
- Химик-косметолог – очень популярное направление, особенно в тех регионах, где есть большие косметические предприятия.
- Фармацевт. Высшее образование дает возможность работать в крупных компаниях, производящих лекарства, всегда можно найти себе место в городской аптеке.
- Биотехнолог, нанохимик, эксперт по альтернативным видам энергии.
- Криминалистика и судмедэкспертиза. В МВД тоже нужны химики, всегда есть должность штатного химика, их знания могут помочь в поимке преступников.
- Профессия будущего — исследователи альтернативных источников энергии. Ведь вскоре запас нефти иссякнет, то же случиться и с газом, поэтому спрос на таких специалистов растет. И может быть, через 10-20 лет химики этого направления возглавят список самых востребованных специалистов.
Основными требованиями к современным специалистам является хорошая память и аналитический склад ума, креативность, новаторские идеи, творческий подход и нестандартный взгляд на привычные вещи. Большую роль в формировании этих умений и способностей играет изучение химии. А человеком, лишенным естественнонаучной базы образования, легче манипулировать.
В отличие от всех остальных живых существ человек не приспосабливается к условиям окружающей среды, а изменяет её под свои потребности. Резкое увеличение численности населения на планете произошло после великого открытия химиков, это изобретения антибиотиков и начала выпуска их в промышленных масштабах.
Учитывая все выше сказанное, думаю, что необходимо увеличить количество часов на изучение химии, и начинать знакомиться уже в младшем звене.
Если в начале прошлого века под образованием понималось обучение счёту, чтению и письму, то спустя столетие в это понятие мы вкладываем обеспечение реализации потребности человека в развитии. Образование для нас стало устойчивым развитием, и оно должно быть качественным.
Литература:
- Российская Академия наук – о Менделеевском съезде в Екатеринбурге
- Какая химия должна изучаться в современной школе? — Генрих Владимирович Эрлих - доктор химических наук, ведущий научный сотрудник МГУ им. М. В. Ломоносова.