Педагогические стратегии изучения раздела "Окислительновосстановительные реакции" в курсе химии обновленного содержания в 10 классе естественноматематического направления средней школы
 Скачать 462.83 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Республики Казахстан Костанайский государственный университет имени А. Байтурсынова Сельскохозяйственный институт имени В. Двуреченского Кафедра химии и биологии КУРСОВАЯ РАБОТА на тему: «Педагогические стратегии изучения раздела "Окислительно-восстановительные реакции" в курсе химии обновленного содержания в 10 классе естественно-математического направления средней школы» Дисциплина «Методика преподавания химии» Специальность/Образовательная программа 5В011200-Химия Выполнил:Жилин А.С., студент 3 курса очной формы обучения Руководитель: Чернявская О.М., к.п.н., ассоциированныйпрофессор Защита курсовой работы состоялась ___ _______2020г. оценка_________________ Костанай, 2020 1 Содержание 1 Введение ……………..………………………………….…………..……….. 4 2 Система понятий об окислительно-восстановительных реакция……….... 7 3 Структура взаимосвязи понятий и умений...……………………………….. 8 4 Представление об окислительно-восстановительных реакциях……..…… 10 5 Типы окислительно-восстановительных реакций…………………………. 16 6 Гальванические элементы……………...…….…………………………….... 17 7 Окислительно-восстановительные реакции в организме………...……….. 19 8 Тематический план изучения раздела «окислительно-восстановительные реакции» .....................................……………………………………………….. 20 9 Заключение…………………..……………………………………………….. 25 10 Список использованных источников………………………………………. 26 2 Введение Тема: Педагогические стратегии изучения раздела "Окислительно- восстановительные реакции" в курсе химии обновленного содержания в 10 классе естественно-математического направления средней школы Цель: Расширить, углубить, обобщить знания учащихся в области окислительно-восстановительных реакций в курсе химии. Разработать стратегический план для изучения раздела “Окислительно- восстановительные реакции”. Задачи по выполнению курсовой работы: 1. Провести литературный обзор 2. Актуализация опорных знаний 3. Восприятие нового материала и его первичное осознание 4. Взаимосвязь и проникновение в сущность изучаемых явлений Наибольшая эффективность преподавания реализуется за счет сочетания разных активных методов обучения. Поиск, выбор и оптимальное сочетание методов обучения зависят от цели, вопроса и цели предмета, плана урока. Благодаря комплексному подходу и соответствующему планированию учебной программы учителя объединяют информацию, идеи и практические аспекты школьного образования: преподавание знаний, укрепление убеждений, развитие определенных навыков и способностей, развитие восприятия, памяти, мышления и воображения (в качестве творческой деятельности и независимость)[1]. В этой статье мы пытаемся предложить план или стратегию для поддержки методов обучения и методологии в разделе «окислительно-восстановительные реакции». Химия - это фундаментальная наука, тесно связанная с материальным миром. По мере того, как химия начинается в школе, наука начинает внедряться. Именно на этих уроках люди заинтересовались химией. На этом уроке дети научились писать первую химическую формулу и уравнение реакции, и на этом уроке они начали понимать химический образ мира. Окружающий мир постоянно меняется. С каждым годом большое количество различных веществ попадает в различные сферы деятельности человека, роль химических знаний становится все более очевидной и важной. Это знание химических процессов, которое обычно обеспечивает экологически безопасное отношение к естественному и квалифицированному обращению с материалами. Углубленное изучение основ химии очень важно для специалистов многих областей народного хозяйства: будущих врачей, техников-химиков, инженеров-биотехнологов, военных специалистов, агрономов, ветеринаров и т. д. [2]. 3 Окислительно-восстановительный процесс - одна из самых распространенных химических реакций, что очень важно в теории и практике [5-7]. Окисление - восстановление - это один из важнейших процессов в природе. С этими реакциями связана жизнь любого организма: обмен веществ в организме, фотосинтез, разложение и ферментация. Окислительно-восстановительные реакции могут наблюдаться при горении топлива, коррозии металлов, электролизе и плавке металлов. Они используются для извлечения щелочей, кислот и многих других ценных химикатов. Подобные реакции являются основой для преобразования химической энергии в первичных элементах и топливных элементах в электрическую энергию. Поэтому мы можем рассматривать окружающий нас мир как огромную химическую лабораторию, где химические реакции происходят раз в секунду, в основном окислительно-восстановительные реакции. В ходе развития представлений о окислительно-восстановительных реакциях российский ученый и преподаватель Томского технического института С.В.Дайн не только сформулировал и обобщил основные характеристики этой реакции, но и разработал методически подход к объяснению и изучению ОВР как непрерывной стадии. Он теоретически проверил и разработал экспериментальные методы подбора стехиометрических коэффициентов в таких реакциях, которые практически не изменились до настоящего времени. Еще в 1910 г. до публикации основного издания Ф. Резерфорда и Н. Бора С.В.Дайн использовал свою теорию для изучения качественного анализа в Томском технологическом институте. Основываясь на химических свойствах элементов и соединений, С.В.Дайн понял многие характеристики атомного электронного распределения. Однако этого недостаточно, чтобы сформировать последовательное представление об ОВР. Дайн фактически вводит понятие степени окисления, которое представляет собой заряд, генерируемый в атомах после того, как электроны полностью переносятся или фиксируются. В современной концепции окисления нетрудно увидеть, что она ничем не отличается от концепции «важности». Он привел пример: «Например, азот, трехвалентный и пятивалентный, которые имеют положительные значения могут быть преобразованы в отрицательные». Основная задача учителей в преподаваний школьной химии является формирование у учащихся базовых понятий (информация, знания, организация, общество, жизнь, предмет: общая теория и применение) [8]. Если концепция не сформирована, ни закон, ни теория не могут быть усвоены, поэтому этот вопрос становится в центре внимания методистов и учителей. По результатам психолого-педагогических исследований можно выделить основные этапы формирования концепции: Систематизация; 4 Применение концепций в получении новых знаний; Уточнить и утвердить содержание концепции. Уникальность программы по химии заключается в ее концентрации, что означает, что эти темы повторяются каждый год и добавляется новая информация, которая помогает разработать все тематические курсы химии. Такой подход обеспечивает последовательность и преемственность в процессе формирования концепции. Изучение окислительно-восстановительных реакций доставило школьникам определенные трудности. Такая реакция недопустима в органической химии. Все это требует поиска новых нестандартных решений и оптимизации материалов. Предлагаемая методологическая разработка обеспечивает системный подход к пониманию окислительно-восстановительных реакций в химических процессах. [8-10]. Целью разработки исследовательских стратегий в этом разделе является ознакомление с проблемным обучением, то есть планирование лекций, основанных на проблемах. Фактически, на всех этапах обучения, от обучения до знания и применения, учителя могут сталкиваться с проблемами. Словом, учителя могут задавать вопросы и находить решения на любом этапе усвоения[1]. При изучении части «окислительно-восстановительной реакции» очевидно, что есть три важных понятия в химии: «электроотрицательность», «степень окисления» и «валентность» - это основные данные, с которых вы можете начать. Концепция электропроводности существует в химии более 150 лет, и с развитием теории атомов и химических связей она получила электронное объяснение. Степень окисления определяет состояние атомов в молекуле и иногда называется степенью окисления. Валентность описывает способность атомов элементов образовывать соединения. Эти концепции являются основой для будущего создания сложных категорий, малоизвестных концепций и терминологии курса. Поэтому простые данные об электроокислении, степени окисления и валентности являются «исключениями» в разделе «редокс-реакция». По всей вероятности взаимопонимание между преподавателем и аудиторией установится только тогда, когда школьник хорошо усвоил и свободно оперирует такими базовыми понятиями в химии, как учение о строении атомов и химической связи. Представляя эти материалы, следует брать в качестве примера электронную структуру атомов, руководствуясь принципами доступности и наглядности [11]. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: 1. Раскрытие суть понятия «окислительно-восстановительная реакция»; 5 2. Обобщение методических методов исследования некоторых проблем: зависимость окислительно-восстановительных свойств от атомной структуры, расположение коэффициентов в окислительно- восстановительных реакциях с использованием различных методов, типы окислительно-восстановительных реакций, значение окислительно- восстановительных свойств в жизни человека. 3. Оценка эффективности используемой методологии, которая используется для более глубокого понимания учащимися окислительно- восстановительных реакций и повышения мотивации учащихся к чтению темы. Для решения этой проблемы анализируются препятствия научной и учебной литературы в исследовании «окислительно-восстановительной реакции». 1. Система понятий об окислительно-восстановительных реакция 2.Оценка знаний учащихся В современных школах в 8-11 классах химия преподается как академический курс. В некоторых школах учитель решил начать преподавать химию в седьмом классе. Очевидно, что для преподавания предмета каждый преподаватель должен не только понимать содержание предмета, но и иметь способность передавать эти знания учащимся, то есть иметь собственный педагогический опыт и изучать основы управления. Используя современные образовательные технологии в ходе освоения данного раздела, обучить школьников проектированию методических систем обучения на основе собственного опыта педагогической деятельности (сначала в лабораторных условиях, затем в ходе педагогической теории или практики в школе). В школьной программе химии исследование концепции окислительно-восстановительной реакции (ОВР) проводится в несколько этапов, что тесно связано с установлением концептуальной системы химических реакций. Поскольку концепция химической реакции очень сложна и охватывает широкий спектр областей, невозможно сформировать полную картину всех аспектов за короткое время, чтобы раскрыть ее полное философское значение, поэтому концепция формируется в химическом процессе. При исследовании концепций системное управление основывается на многоуровневом подходе; 1 уровень – школьники понимают каждую концепцию и ее характеристики; 2 уровень – школьники понимают связи и отношения между понятиями, как их умножать и использовать в типичных задачах; 3 уровень - знание означает целую систему, которая больше не взаимосвязана; 4 уровень - знания - это система высшего уровня развития, которая характеризуется новым качеством-эффективностью: школьники могут 6 предсказывать неизвестные факты, генерировать «новые» знания на основе обучения и творчески применять знания. 3.Структура взаимосвязи понятий и умений Освоение концепции «химических реакций» не означает запоминания или запоминания двух, трех, пяти, сотен или тысяч реакций: этот метод означает отказ от сознательного изучения явлений. Овладеть понятием «химическая реакция» - значит изучить характеристики элементов периодической таблицы и различных типов соединений, их характеристики, основные законы изменения веществ и эффективное построение уравнений химических реакций. Освоение этой концепции означает развитие следующих навыков: Раскрыть содержание концепции; Подтвердить и привести примеры; Классификация понятий, связь с другими понятиями; Использовать эту концепцию для решения проблем в разных ситуациях. Создание системы понятий, связанных с окислительно- восстановительными реакциями, означает развитие навыков, каждое из которых соответствует определенному понятию предмета. Структура взаимосвязи понятий и умений представлена в таблице 1: Таблица 1. Структура взаимосвязи понятий и умений. Понятие Умения 1. Химическая реакция. Определять признаки химических реакций. 2.Окислительно-восстановительная реакция. Определить окислительно- восстановительные процессы, отделить их от других типов химических реакций и определить признаки ОВР. 3. Степень окисления: положительная, отрицательная, промежуточная минимальная, максимальная. Определять степени окисления атомов на основе их строения, положения в периодической системе Д.И. Менделеева; определить степень окисления элементов, составляющих соединение; спрогнозировать окислительно-восстановительные характеристики атомов, молекул и ионов на основе степени окисления. 4. Процессы окисления, восстановления, ЭО. Уравнения полуреакций. Окислители и восстановители. Окислители и восстановители. Окисленные и дезоксигенированные формы. 7 Электронные весы распознают, строят и составляют уравнения процесса OB, включающие атомы, молекулы или ионы; определяют окислители, восстановители и типы окисления и раскисления; создать уравнения частных реакций; определять направление "движения" электронов т.е. составлять электронный баланс. 5. Сильный окислитель, слабый окислитель, окислительно- восстановительный потенциал, элементарное вещество, двойственность ионов. Описать окислительно- восстановительные свойства атомов, ионов и веществ, их структуру и периодичность, а также их положение в периодической таблице. 6. Электрохимический ряд напряжений металла. С участием металлов в растворе создать уравнение окислительно- восстановительного процесса, в котором прогнозируется прочность ремонтных характеристик металла. 7. Электронодонорные и электроностатическиереакции. Классифицировать, выделить, идентифицировать, и привести примеры различных типов ОВР. 8.Метод электронного баланса. Выбрать коэффициент, определите степень окисления, окислитель, окислительно- восстановительный потенциал, создайте уравнения частных реакций и рассчитайте баланс электронов. 9. Коррозия Определить тип коррозии и нанести на карту текущий процесс. 10. Электролиз Создание ОВР для электролиза раствора и расплава материала, прием продуктов процесса. Качество усвоения зависит от цели, значения понятия в процессе обучения и способа его формирования. Наша информация, такая как концепция окислительно- восстановительных реакций, знание наиболее важных окислительно- восстановительных агентов, классификация окислительно- 8 восстановительных реакций, являются основными ключевыми терминами, специфичными для предмета, удивительной функциональностью и специфичностью. Ученикам начальной школы необходимо подчеркивать и выделить эти термины. Эти термины отличаются от «сингулярности» в предмете, но отличаются от «специфичности» в исследовательском материале. На этапе формирования диалектических знаний или мышления статус учеников начальной школы заключается в понимании природы элементов периодической таблицы и меняющихся законов атомной структуры [2]. Поэтому, учитывая периодические изменения окислительно-восстановительных характеристик элементов, учителя должны помнить основные термины и концепции атомов и химических связей и выдвигать многие идеи о окислительно-восстановительных реакциях в простой для понимания форме. Таким образом, учитель объясняет содержание, состав и структуру лекции по предмету. 4. Представление об окислительно-восстановительных реакциях Как упоминалось выше, изучение атомной структуры позволяет создать электронную теорию окислительно-восстановительных реакций. Первоначально (со времен введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец XVIII века) окислением называют только реакции соединения с кислородом, восстановлением – отнятие кислорода. После введения концепции электронов в химию (1920-30 гг.) появилась возможность продвигать концепцию ОВР и распространять ее на анаэробные реакции. Согласно теории электронов, окисление - это процесс возвращения электронов через атомы, молекулы или ионы. Напротив, процесс фиксации электронов называется восстановлением. Атомы, молекулы или ионы, которые отдают электроны, называются редоксом, и в ходе реакции образуется редокс. Атом, молекула или ион, который соединяет электроны, называется окислителем, и окисленное вещество реакции восстанавливается.Например, в реакции: 2𝐻𝐻 2 𝑆𝑆 −2 + 3𝑂𝑂 2 0 = 2𝐻𝐻 2 𝑂𝑂 −2 + 2𝑆𝑆 +4 𝑂𝑂 2 −2 Сульфид отдает электроны, сам окисляется, то есть является восстановителем, степень окисления его повышается от -2 до +4. Атом кислорода присоединяет электроны, сам при этом восстанавливается и является окислителем, степень окисления понижается от 0 до -2. Поэтому с точки зрения электронной теории окислительно-восстановительными называются такие реакции, при которых происходит переход электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим(рис.1). Если поточнее, окислением называется отдача электронов атомом, молекулой или ионом: Zn – 2e - = Zn 2+ . Восстановлением называется присоединение электронов атомом, молекулой или ионом: Cl 2 + 2e - = 2Cl - Окислители - это нейтральные атомы, молекулы или ионы, которые 9 принимают электроны (во втором примере молекула хлора Cl 2 ), щелочные окислители - галогены, перманганат калия (KMnO 4 ) и т. Д., Окислительно-восстановительные - нейтральные атомы, молекулы или Ион электрона (первый пример - атом Zn), основной восстановитель - металл, водород и т. д. Редокс и окисление - это два тесно связанных процесса: без окислительно-восстановительного окисления нет окисления, и наоборот, без окисления нет окислительно-восстановительного потенциала. Рис.1. Горение спички – пример ОВР Так, приведённые выше частные реакции окисления и восстановления составляют единый процесс ОВР: Zn + Cl 2 = ZnCl 2 Здесь Zn окисляется до Zn2+, а Cl 2 восстанавливается до 2Cl-. В химии окислительно-восстановительные реакции принадлежат к числу наиболее распространенных. Например, на них, как правило, основано получение простых веществ (металлов и неметаллов) CuO + H 2 = Cu+ H 2 O, 2KBr + Cl 2 = Br 2 + 2KCl. Технологическое производство важных химических продуктов (таких как аммиак, азотная кислота, серная кислота, процессы сжигания и горения топлива) основано на взаимодействии органических веществ. Формирование электродвижущей силы в первичной ячейке зависит от процесса реакции ОВ. Во время процесса электролиза на аноде происходит электрохимическое окисление, а на катоде происходит электрохимическое восстановление. Например, при производстве хлора электролизом раствора NaCl на аноде идет реакция Cl- - 1e- = 1/2Cl 2 (окисление аниона Cl-), на катоде H+ + 1e- = 1/2H 2 (восстановление катиона H+). Коррозия металлов также связана с реакциями ОВ и заключается в окислении металлов, то есть повышении их степеней окисления. Основная трудность при построении уравнения реакции OB - это выбор коэффициентов, особенно в реакциях с участием соединений, в которых химическая связь представляет собой не ион, а ковалентное соединение. В этом случае полезны термины «электроотрицательность» и степень окисления (степень окисления). Электроотрицательность – способность атома в молекуле притягивать и удерживать около себя электроны. 10 Степень окисления – это формальный заряд атома в молекуле (формальной единице), вычисленный исходя из предположения, что все связи являются ионными. Для вычисления степени окисления элемента в соединении следует исходить из следующих положений: 1. Степень окисления атомов, входящих в составпростых веществ, равна нулю. Например, Fe 0 , Na 0 , H 2 0 2. Постоянную степень окисления в соединениях проявляют щелочные металлы(+1), щелочноземельные металлы (+2). Например, Na +1 Cl, Ca +2 (OH) 2 3. Водород проявляет степень окисления +1 во всех соединениях, кроме гидридов металлов, где степень окисления равна -1. Например, H 2 +1 O, NH 3 +1 , NaH -1 , CaH 2 -1 4. Степень окисления кислорода в соединениях равна –2, например, К 2 O -2 , H 2 O -2 , за исключением пероксидов (H 2 O 2 -1 , Na 2 O 2 -1 ), где степень окисления кислорода равна –1 и фторида кислорода (OF 2 ), где степень окисления +2. 5. Вся молекула нейтральна, поэтому алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, составляющих молекулу, равна 0. В ионе она равна заряду иона. Согласно введенной концепции, можно дать другое определение ОВ: повышение степени окисления называется окислением, а снижение степени окисления - восстановлением. Окислительно-восстановительный процесс - одна из наиболее распространенных химических реакций, которая играет важную роль в природе и технологии. Рис.2.Примеры окислительно–восстановительных реакции Дыхание, фотосинтез, метаболизм и многие другие биологические процессы - все это окислительно-восстановительные реакции (рис. 2). 11 Можно также сказать, что обычно используемые окислители и восстановители одинаковы (см. таблицу). |