ОПТИМИЗАЦИЯ  МЕТОДИКИ  ВНЕКЛАССНОЙ  РАБОТЫ  ПО  ХИМИИ  ПОСРЕДСТВОМ  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ  ОПЫТОВ  В  СРЕДНЕЙ  ШКОЛЕ

Осельская  Виктория  Юрьевна

Сеттарова  Ильвира  Серверовна

студенты  3  курса,  факультета  биологии  и  химии,  Крымский  Федеральный  университет  им.  В.И.  Вернадского,  РФ,  г.  Симферополь

Е-mail:  victorose@mail.ru

Дергачева  Ирина  Николаевна

научный  руководитель,  канд.  пед.  наук,  доцент  кафедры  общей  и  физической  химии,  Крымский  Федеральный  университет  им.  В.И.  Вернадского,  РФ,  г.  Симферополь

Одной  из  самых  важных  форм  организации  учебного  процесса  при  обучении  химии  является  внеклассная  работа.  В  контексте  идеи  компетентностного  подхода,  на  первый  план  выходит  развитие  мышления  учащегося,  формирование  убеждений  и  практических  навыков,  необходимых  в  жизнедеятельности.  Химия  является  одним  из  учебных  предметов,  который  позволяет  решить  поставленные  задачи  через  основной  процесс  обучения,  либо  через  внеклассную  работу.

В  контексте  нашего  исследования  особый  методический  интерес  представляют  демонстрационные  химические  эксперименты  как  одна  из  форм  внеклассной  работы  по  химии,  к  сожалению,  не  справедливо  забытая.  Актуальность  выбранной  темы  подчёркивает  и  отмеченная  нами  тенденция  избегания  многих  учителей  организации  реальных  демонстрационных  химических  опытов,  дидактический  потенциал  был  заложен  ещё  в  середине  XVIII  века  Ломоносовым  М.В.  Более  того,  наблюдается  замена  их  на  показ  видео  опытов  или  имитирующего  компьютерного  эксперимента.  Мы  полагаем,  что  это  связано  с  многими  факторами,  одними  из  которых  выступают  выделенные  нами  проблемы  финансирования  школьных  кабинетов  химии,  производство  устаревших  моделей  химического  оборудования,  отсутствие  мотивации  учителей  и  возложение  на  них  большой  ответственности  в  связи  с  хранением  химического  оборудования  и  реактивов,  безопасности  учеников  во  время  проведения  химических  экспериментов.  Создание  подобной  ситуации  приводит  к  деградации  школьного  химического  эксперимента  и,  соответственно,  деградации  школьного  химического  образования  в  целом,  что  сказывается  на  трудовых,  эстетических,  эмоциональных,  мотивационных,  деятельностных  аспектах  химического  обучения  в  школах.  Это  приводит  к  разногласиям  законодательной  сферы  образования  и  фактической  жизненной  ситуации.

К  примеру,  по  требованиям  ФГОС  от  17  декабря  2010  г.  №  1897  для  основного  общего  образования  одним  из  предметных  результатов  изучения  химии  является  «приобретение  опыта  использования  различных  методов  изучения  веществ:  наблюдения  за  их  превращениями  при  проведении  несложных  химических  экспериментов  с  использованием  лабораторного  оборудования  и  приборов»,  чего  трудно  достичь  при  современном  состоянии  школьного  химического  эксперимента  и  невозможно  при  полном  его  отсутствии.  Если  подобная  проблема  касается  основной  школьной  программы,  то  проблемы  внеклассной  работы  по  химии  еще  более  ужасающи.

Таким  образом,  обозначенные  выше  противоречия  и  проблемы,  подтверждают  актуальность  данной  темы  исследования.

Целью  данной  статьи  является  оптимизация  методики  внеклассной  работы  по  химии  посредством  использования  пиротехнических  опытов  в  средней  школе.

Анализ  методической  и  педагогической  литературы  позволил  выявить  дидактическую  и  воспитательную  цель  воспитательной  работы  по  химии.  А  именно:  развитие  интереса,  эстетическое  и  нравственное  воспитание,  а  также  углубление  химических  знаний  и  расширение  кругозора  учащихся,  путем  интеграции  химических  познаний  в  другие  науки  и  повседневную  жизнь.

Также,  мы  выявили,  что  в  процессе  осуществления  внеклассной  работы  по  химии  принимают  участие  как  учитель,  так  и  ученики,  что  способствует  развитию  самостоятельности,  творческой  активности  и  умению  решать  нестандартные  задачи,  способствует  проявлению  ценных  профессиональных  и  личностных  качеств  учителя,  усиливает  его  влияние  на  учащихся.

Следует  отметить,  что,  опираясь  на  проведённый  поисково-констатирующий  этап  педэксперимента,  мы  определили  формы  внеклассной  работы  по  химии  с  использованием  химического  эксперимента  пиротехнического  содержания:

·     химический  кружок

·     выпуск  стенгазеты

·     проведение  химических  вечеров

·     проведение  викторин  и  олимпиад

·     проведение  тематических  концертов

·     проведение  конференций.

При  этом,  важно  подчеркнуть,  что  любая  форма  внеклассной  работы  должна  отвечать  дидактическим  требованиям  научности,  актуальной  практической  значимости,  доступности  и  занимательности.

Однако  предметом  нашего  исследования  стал  процесс  обучения  химии  с  использованием  химического  эксперимента  пиротехнического  содержания.  Нами  изучены  теория  и  методика  школьного  химического  эксперимента,  которые  раскрыты  в  трудах  методистов-химиков  Верховским  В.Н.  [1,  с.  31—36],  Кирюшкиным  Д.М.  [3,  с.  172—181],  Полосиным  В.С.  [8,  с.  233—234].  Кроме  того,  мы  изучили  теорию  внеклассной  работы  методологов  химии  Кузнецовой  Н.Е.  [5,  с.  178—180],  Назаровой  Т.С.  [6,  с.  5—6],  Пак  М.С.  [7,  с.  153—155,  с.  190—191],  Чернобельской  Г.М.  [9,  с.  136],  а  также  занимательную  химию  Гроссе  Э.  [2,  с.  19—20].  Указанные  работы  затрагивают  теоретические  аспекты  внеклассной  работы,  детально  раскрывают  технику  и  методику  химического  эксперимента  в  школе,  но  к  сожалению,  методика  демонстрации  пиротехнических  опытов  с  акцентом  на  безопасность  школьника  —  остаётся  в  стороне.  Очевидно,  что  пиротехнический  школьный,  безопасный  эксперимент  несправедливо  был  исключён  из  Инвариантной  и  Вариативной  частей  школьной  программы  по  химии  ввиду  именно  их  небезопасности.

Также  нами  был  проведен  контент-анализ  журнала  «Химия  в  школе»  за  период  с  2010  по  2015  г.,  который  показал  полное  отсутствие  и  исследований  по  методике  использования  пиротехнических  опытов  в  школьной  внеклассной  работе  по  химии.  Тематические  статьи  представлены  только  в  контексте  истории  химии  и  её  роли  в  промышленности,  что  ещё  раз  доказывает  актуальность  выбранной  тематики.

Кроме  изучения  методической  литературы  по  проблеме  исследования,  мы  затронули  и  содержание  основного  школьного  курса  химии  8—11  классов  на  предмет  изучения  состава  демонстрационных  и  лабораторных  опытов  и  наличия  соответствия  дидактическим  принципам  и  требованиям  к  эксперименту.  Это  позволило  нам  выделить  дидактические  возможности,  предоставляемые  пиротехническими  опытами  во  внеклассной  работе  по  химии: 

·     Развитие  интереса  к  химии  и  мотивация  учебной  деятельности

·     Развитие  самостоятельности  и  лидерства 

·     Развитие  объективной  оценки  жизненных  ситуаций,  связанных  с  химией

·     Расширение  кругозора  и  становление  научного  мировоззрения

·     Воспитание  трудолюбия

·     Развитие  коммуникативных  способностей  и  социальной  активности

·     Эстетическое  и  эмоциональное  воспитание  личности

На  основании  приведенных  дидактических  возможностей  и  анализа  требований  к  школьному  демонстрационному  химическому  эксперименту,  отражённых  в  работах  В.Н.  Верховского  [1,  с.  31],  а  также  с  учетом  специфики  и  теории  выполнения  безопасности  пиротехнических  опытов,  нами  были  определены  новые  требования  к  демонстрационным  пиротехническим  экспериментам  во  внеклассной  работе  по  химии.  А  именно:

1.  Практическая  и  теоретическая  значимость  (пиротехнические  опыты  не  должны  ставиться  «просто  так»,  а  лишь  в  контексте  определенной  темы  по  химии  в  целях  объяснения  или  закрепления  нового  материала,  либо  быть  приуроченными  к  тематическому  мероприятию).

2.  Безопасность  (техника  проведения  пиротехнических  опытов  должна  быть  безукоризненной;  вещества,  выделяющие  или  содержащие  в  продуктах  сгорания  вредные  вещества  в  опасных  концентрациях  к  работе  не  допускаются;  демонстрация  опытов,  хранение  и  транспортировка  веществ  только  согласно  ГОСТ  Р  51270-99  от  01.07.2010;  при  необходимости  учителем  могут  быть  разработаны  дополнительные  меры  безопасности,  которые  при  этом  не  должны  быть  избыточными).

3.  Доступность  (пиротехнические  опыты  должны  трактоваться  однозначно,  не  быть  труднодоступными  для  понимания).

4.  Актуальность  (демонстрация  пиротехнических  опытов  должна  отражать  культуру  обращения  с  пиротехническими  веществами  и  практическое  использование  этих  знаний  в  повседневной  жизни).

Опираясь  на  проведённый  теоретический  и  методический  анализ  исследуемой  проблематики,  следует  заключить,  что  при  правильной  расстановке  акцентов  при  обучении  химии  во  время  объяснения  пиротехнических  опытов,  адекватном  выборе  методики  и  технически  безукоризненном  исполнении  с  их  помощью  можно  качественно  продемонстрировать  химические  и  физические  свойства  многих  изучаемых  в  программе  веществ  и  происходящих  при  этом  химических  процессов.

Считаем,  что  пиротехнические  опыты  можно  использовать,  например,  в  темах  школьного  курса  химии  по  свойствам  кислорода,  серы,  азота,  щелочных  и  щелочноземельных  металлов,  d-элементов,  а  также  окислительно-восстановительных  реакций  с  участием  их  соединений.

В  процессе  выполнения  исследования  нами  был  разработан  и  внедрен  спецкурс  «Пиротехника  для  всех»,  рассчитанный  на  20  часов  (для  8—9  класса,  базовый  уровень).  К  нему  прилагается  примерная  программа  с  указанием  тем  и  методикой  химического  эксперимента.  В  качестве  примера  приведём  ниже  выдержку  из  экспериментальной  части  нашего  спецкурса. 

ТЕМА:  ВНЕКЛАССНЫЕ  ЗАНЯТИЯ  ПО  ХИМИИ.  ПИРОТЕХНИКА

Методические  указания  подготовки  к  занятию:

Предварительно  учащие  получают  домашнее  задание  по  данной  теме,  связанное  с  повторением  пройденного  материала  по  теме  «Кислород  и  сера»,  «Азот»  и  ознакомлением  с  ТБ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ  ЧАСТЬ

Опыт  1.  Получение  дымного  (черного)  пороха  (работу  проводить  в  вытяжном  шкафу!).

Реактивы:  кристаллическая  калийная  селитра  (KNO₃),  сера  кристаллическая,  уголь.

Оборудование:  ступка  с  пестиком,  металлическая  пластинка,  лучина,  спиртовка.

Техника  безопасности:  Соблюдать  правила  техники  безопасности  при  работе  с  горючими  и  взрывчатыми  веществами:

1.  Готовые  пиротехнические  изделия  нельзя  хранить  в  лаборатории

2.  Работу  проводить  только  под  тягой

3.  Использовать  индивидуальные  средства  защиты:  защитные  очки  или  маски,  перчатки  и  фартук  из  огнеупорного  материала

4.  Привести  в  готовность  средства  тушения  пожара 

5.  Освободить  от  других  реактивов  пространство  для  проведения  опыта 

6.  Компоненты  для  пороха  измельчать  только  раздельно  и  в  сухой  посуде

7.  Нельзя  измельчать  калийную  селитру  сильно  надавливая  на  пестик  и  активно  растирая  ее  по  стенкам  ступки.  Сильное  трение  повышает  температуру  вещества  и  может  спровоцировать  самовозгорание

8.  Чем  сильнее  измельчены  компоненты,  тем  более  активным  будет  взаимодействие

9.  Во  время  смешивания  не  использовать  металлические  шпатели,  так  как  трение  или  удар  металла  о  твердую  поверхность  может  спровоцировать  образование  искры  и  возгорание  смеси

10.Обязательно  проверить  опыт  перед  демонстрацией

11.Не  использовать  просроченные,  отсыревшие  или  загрязненные  реактивы,  так  как  пиротехнические  смеси  крайне  чувствительны  к  примесям 

12.Соблюдать  правила  поведения  в  лаборатории  и  обращения  с  реактивами

Описание  техники  эксперимента:

Взвесить,  предварительно  растерев  в  ступке,  1,54  г  калийной  селитры,  0,22  г  серы  и  0,24  г  угля.  Тщательно  перемещать  содержимое  и  высыпать  на  металлическую  пластинку.  Горящей  лучиной  поджечь  смесь.

Специфика  эксперимента:

Нельзя  заменять  калийную  селитру  на  натриевую.  Калийная  селитра  менее  гигроскопична  в  сравнении  с  натриевой.

При  сгорании  пороха  селитра  предоставляет  кислород  для  сжигания  угля.  Сера  обладает  более  низкой  температурой  воспламенения  (190  °С),  в  сравнении  с  углём  (400—450  °С).  Сера  ускоряет  процесс  воспламенения  пороха.

Состав  пороха:  75  %  калиевой  селитры,  15  %  угля  и  10  %  серы.

Общее  уравнение  горения  пороховой  смеси:

2KNO₃  +  3C  +  S  →  K₂S  +  3CO₂↑  +  N₂↑

В  пиротехнике  чаще  всего  применяют  смеси,  имеющие  недостаток  окислителя.  Можно  предположить,  что  уравнение  будет  иметь  подобный  вид.

На  самом  деле  данное  уравнение  лишь  приблизительно  описывает  сам  процесс.  В  действительности  реакция  может  протекать  по  более  сложному  пути  с  образованием  некоторых  твердых  продуктов.

Французский  химик  Марселен  Бертло  установил,  что  разложение  дымного  пороха  может  сопровождаться  комбинацией  дополнительных  реакций:

11.  Выделившийся  объём  газа  V  =  240  л/кг,  температура  реакции  Т  =  3068  ^°C 

4KNO₃  +  5C  →  2K₂CO₃  +  3CO₂  +  2N₂  +182,2  ккал

2.  Выделившийся  объём  газа  V  =  160  л/кг,  температура  реакции 

1. =  3171  °C,  теплота  процесса  Q  =  658  ккал/кг
2. 2KNO₃  +→  K₂SO₄  +  SO₂  +  N₂ 
3. 2KNO₃  +→  K₂CO₃  +  CO₂  +  CO  +  N₂  +  161,2  ккал
4. 2KNO₃  ++  2C  →  K₂SO₄  +  2CO  +  N₂  +  158,5  ккал
5. 2KNO₃  ++C  →  K₂SO₄  +  CO₂  +  N₂  +  200,1  ккал

Ход  процесса  зависит  от  соотношения  реагентов:

Уравнение  Сарро  (одно  из  предлагаемых  суммарных  уравнений):

10KNO₃  +  4S  +  12C  →  8CO₂  +  3CO  +  5N₂  +  K₂CO₃  +  2K₂SO₄  +  2K₂S

Выделившийся  объем  газа  V  =  279,5  л/кг,  температура  реакции  Т  =  2660  °С.  Молярное  соотношение  реагирующих  компонентов  равно:  2,5KNO₃:  S:  3С.

Уравнение  Дебу:

16KNO₃  +  7S  +21C  →  13CO₂  +  3CO  +  8N₂  +  5K₂CO₃  +  K₂SO₄  +2K₂S₂

Выделившийся  объем  газа  V  =  225  л/кг,  теплота  процесса  Q  =  740  ккал/кг.  Молярное  соотношение  реагирующих  компонентов  2,3KNO3:  S:  3C

Уравнение  А.Б.  Нобеля  и  Ф.  Абеля:

6KNO₃  +  4S  +  15C  →  CO₂  +  13CO  +  3N₂  +  K₂CO₃  +  2K₂S₂

Выделившийся  объем  газа  V  =  360  л/кг,  теплота  процесса  Q  =  516  ккал/кг.  Молярное  соотношение  реагирующих  компонентов  4,7  KNO₃:  S:  1,42  C

Более  того,  учителя  химии  могут  использовать  картотеку,  специально  разработанную  нами  по  пиротехническим  опытам.

В  период  с  2014  по  2015  гг.  нами  был  проведён  поисково-констатирующий  педагогический  эксперимент.  Были  опрошены  200  студентов  2—4  курсов  факультета  биологии  и  химии  Крымского  Федерального  Университета  им.  В.И.  Вернадского.  Исходя  из  результатов  опроса  40,1  %  респондентов  считают,  что  не  имеют  достаточной  глубины  знаний  в  культуре  обращения  с  пиротехническими  смесями  и  изделиями,  но  все  равно  рискуют,  применяя  их  в  повседневной  жизни.  При  этом  у  четверти  всех  опрошенных  были  травмы,  вызванные  отсутствием  знаний  в  этой  области.  46,7  %  респондентов  изъявили  желание  обязательно  получить  знания  по  культуре  обращения  с  пиротехникой,  43  %  были  не  против  этого,  но  не  испытывали  острой  необходимости.

Среди  опрошенных  35  %  указали  на  необходимость  проведения  внеклассной  работы  по  пиротехнике  с  целью  обучения  школьников  безопасному  обращению  с  пиротехникой,  поскольку  они  часто  могут  сталкиваться  с  пиротехническими  изделиями  в  повседневной  жизни  и  даже  пытаться  самостоятельно  изготовить  их.  49,3  %  респондентов  высказали  мнение  о  том,  что  подобная  внеклассная  работа  значительно  расширила  бы  кругозор  учащихся  и  привила  им  интерес  к  химии.  40  %  опрошенных  поддержали  бы  учителя,  проводящего  спецкурс  «Пиротехника  для  всех»  в  ходе  внеклассной  работы  по  химии  в  школе,  27,8  %  затруднились  ответить  на  этот  вопрос,  27,2  %  отнеслись  к  подобной  инициативе  нейтрально,  а  5  %  были  категорически  против.  Из  представленных  результатов  педэксперимента  видно,  что  проблема  использования  во  внеклассной  работе  безопасного  пиротехнического  содержания  весьма  актуальна,  ведь  в  первую  очередь,  в  процессе  обучения  химии  учителем  должен  исключаться  опасный  химический  фактор.

Таким  образом,  в  заключении  следует  подчеркнуть,  что  в  данной  работе  раскрыты  важнейшие,  актуальные  идеи  оптимизации  методики  включения  безопасных  пиротехнических  опытов  в  процесс  обучения  химии  средней  школы.  Данная  оптимизационная  методика  базируется  на  выделенных  нами  теоретических,  методологических  основаниях  исследования,  а  также  подтверждается  результатами  проведённого  педэксперимента,  что,  несомненно,  соответствует  требованиям  ФГОС  и  компетентностному  подходу.  Более  того,  наша  работа  может  быть  интересна  не  только  учителям  химии,  но  и  студентам  и  аспирантам,  занимающихся  проблематикой  обновления  внеклассной  работы  с  использованием  химического  эксперимента  в  средней  школе  и  в  вузе.

Список  литературы:

1. Верховский  В.Н.  Техника  и  методика  химического  эксперимента  в  школе:  учеб.  пособие  для  преподавателей  и  студентов  педвузов.  М.:  Государственное  учебно-педагогическое  издательство  Министерства  просвещения  РСФСР,  —  1959.  —  Т.  1.  —  546  с. 
2. Гроссе  Э.,  Вайсмантель  Х.  Химия  для  любознательных.  Основы  химии  и  занимательные  опыты.  Л.:  Химия,  1985.  —  336  с. 
3. Кирюшкин  М.Д.  Методика  преподавания  химии  в  средней  школе.  М.:  Государственное  учебно-педагогическое  издательство  Министерства  просвещения  РСФСР,  1958.  —  495  с.
4. Кирюшкин  М.Д.,  Полосин  В.С.  Методика  обучения  химии.  М.:  Просвещение,  1970.  —  495  с.
5. Кузнецова  Н.Е.  Методика  преподавания  химии.  М.:  Просвещение,  1984.  —  415  с. 
6. Назарова  Т.С.,  Грабецкий  А.А.,  Лаврова  В.Н.  Химический  эксперимент  в  школе.  М.:  Просвещение,  1987.  —  240  с.
7. Пак  Н.С.  Дидактика  химии:  Учебник  для  студентов  вузов.  М.:  ВЛАДОС,  2004.  —  315  с.
8. Полосин  В.С.  Школьный  эксперимент  по  неорганической  химии.  М.:  Просвещение,  1970.  —  335  с.
9. Чернобельская  Г.М.  Основы  методики  обучения  химии.  М.:  Просвещение,  1987.  —  256  с.
10. Чувурин  А.В.  Занимательная  пиротехника:  Опасное  знакомство.  Х.:  Основа,  2003.  —  360  с. 
11. Чувурин  А.В.  Занимательная  пиротехника:  Фейерверк  своими  руками.  Х.:  Основа,  2003.  —  364  с.