Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования) | Мир педагогики и психологии №02 (91) Февраль 2024
УДК 378.147
Дата публикации 29.02.2024
Формирование химического языка учащихся в условиях модернизации современного образования
Петухов Сергей Юрьевич
Старший преподаватель кафедры естественно-математических дисциплин, Государственное бюджетное учреждение дополнительного профессионального образования? Челябинский институт развития образования
Аннотация: В данной статье рассматривается вопрос формирования и освоения химического языка исходя из практического опыта автора обучения химии. Целью статьи является практический анализ свойств химического языка, как средства и инструмента обучения химии в условиях модернизации современного российского образования. Приводятся практические методические приемы освоения и применения химического языка обучающимися. Особое внимание акцентируется на последовательности формирования химического языка. Раскрываются приемы и методы овладения учащимися химическим языком. Обобщается практический опыт автора по формированию составных частей химического языка, таких как символический язык, и объектный язык химии. В статье также раскрываются особенности обучения учащихся основам химической номенклатуры и терминологии, как необходимых знаково-символьных средств овладения предметными результатами в соответствии с обновленными ФГОС. Автор дает обобщенную характеристику химическому языку как необходимой основе формирования прочных и устойчивых предметных результатов обучения химии. Приводится сравнительный анализ основных составляющих химического языка и соответствующих им частей русского языка. Дискуссионным остается вопрос о суффиксах химической номенклатуры названий кислот и солей. Пособия по номенклатуре неорганических веществ исходят из рекомендаций Международного союза теоретической и прикладной химии — ИЮПАК (IUPAC). В соответствии с которыми суффиксами считаются: «-ит», «-ид», «-ат», «-ная», «-овая», «-оватая», «-остая», «-евая». Грамматика русского языка считает их окончаниями и финалем слов. Данный вопрос остается спорным, так как во всех школьных учебниках и пособиях по химии начиная с 70-х годов прошлого века и по настоящий день данные частицы считаются суффиксами. В статье автор обосновывает большое значение степени окисления. Так как на знании степени окисления возможно дальнейшее предсказание основно-кислотных свойств вещества. В подтверждение автор предлагает схему зависимости кислотно-основных свойств от степени окисления.
Ключевые слова: химический язык, номенклатура, терминология, символический язык, объектный язык, структура, предметно-образовательные результаты, интеллектуальные навыки.
Senior Lecturer departments of natural and mathematical disciplines, State budgetary institution additional professional education, Chelyabinsk Institute for Educational Development, Chelyabinsk, Russia
Abstract: This article examines the issue of the formation and development of a chemical language based on the practical experience of the author of chemistry education. The purpose of the article is a practical analysis of the properties of chemical language as a means and tool of teaching chemistry in the context of modernization of modern Russian education. Practical methodological techniques for the development and application of the chemical language by students are given. Special attention is paid to the sequence of formation of the chemical language. The techniques and methods of mastering the chemical language by students are revealed. The author's practical experience in the formation of the components of a chemical language, such as symbolic language and the object language of chemistry, is summarized. The article also reveals the features of teaching students the basics of chemical nomenclature and terminology as necessary symbolic means of mastering subject results in accordance with the updated Federal State Educational Standards. The author gives a generalized characterization of the chemical language as a necessary basis for the formation of strong and stable subject-based results of chemistry education. A comparative analysis of the main components of the chemical language and the corresponding parts of the Russian language is given. The question of the suffixes of the chemical nomenclature of the names of acids and salts remains debatable. The manuals on the nomenclature of inorganic substances are based on the recommendations of the International Union of Theoretical and Applied Chemistry — IUPAC (IUPAC). According to which the suffixes are: "-it", "-id", "-at", "-naya", "-ovaya", "-ovataya", "-ostaya", "-evaya". The grammar of the Russian language considers them to be the endings and finales of words. This issue remains controversial, since in all school textbooks and manuals on chemistry from the 70s of the last century to the present day, these particles are considered suffixes. In the article, the author substantiates the great importance of the degree of oxidation. Since it is possible to further predict the basic acid properties of a substance based on knowledge of the degree of oxidation. In confirmation, the author offers a scheme for the dependence of acid-base properties on the degree of oxidation.
Keywords: chemical language, nomenclature, terminology, symbolic language, object language, structure, subject-educational results, intellectual skills.
Петухов С.Ю. Формирование химического языка учащихся в условиях модернизации современного образования // Мир педагогики и психологии: международный научно-практический журнал. 2024. № 02 (91). Режим доступа: https://scipress.ru/pedagogy/articles/formirovanie-khimicheskogo-yazyka-uchashhikhsya-v-usloviyakh-modernizatsii-sovremennogo-obrazovaniya.html (Дата обращения: 29.02.2024)
Требования к современному школьному образованию постоянно меняются, что связано с изменениями в современном мире, обществе, культуре. Перед методикой преподавания каждой школьной дисциплины выдвинуты новые требования: оптимальный подбор учебных материалов, четкое структурирование изучаемого курса, совершенствование методов обучение, овладение навыками применения полученных знаний и умений в реальных жизненных ситуациях.
Федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС), утвержденный в 2021г. ставит перед образованием овладение «учебными знаково-символическими средствами, являющимися результатами освоения, обучающимися … направленными на овладение типами учебных действий, включающими способность принимать и сохранять учебную цель и задачу, планировать ее реализацию, контролировать и оценивать свои действия…» [1]
Одним из способов заявленной цели является формирование и развитие интеллектуальных навыков. В изучении химии таким навыком является овладение химическим языком. Классическое определение языку дано в толковом словаре С.И. Ожегова: «Язык - исторически сложившаяся система звуковых словарных и грамматических средств, объективирующая работу мышления и являющаяся орудием общения, обмена мыслями и взаимного понимания людей в обществе»[2].
Классическое определение химического языка дано С.Т. Жуковым, оно гласит «химический язык – система условных обозначений и понятий, предназначенная для краткой, ёмкой и наглядной записи и передачи химической информации»[3]. Исходя из данного определения, становится ясным, что химический язык есть совокупность трех компонентов: химическая символика; номенклатура, включающая в себя правила составления, толкования, преобразования и оперирования химическими названиями и терминология. В работах М.Ф. Каримова так же выделены две стороны химического языка: объектная и символическая.[4], [5]. Состав химического языка представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Состав химического языка
Химический язык является искусственным языком, предназначенным для формулирования и передачи научных данных.
Химический язык начинается с символического языка, куда следует отнести символы химических элементов, знаки плюс и равно, а так же стрелки показывающие выделение газа или выпадения осадка. Сравнительная структура химического языка в сравнении с естественным языком, например русским языком, представлена в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительная характеристика химического языка
| Информация об атомах и химических элементах | Информация о химических веществах - слова химического языка | Информация о химических реакциях - предложения химического языка |
| Символы химических элементов | Химические формулы | Схемы и уравнения химических элементов |
| С – углерод О - кислород | СО - оксид углерода II (угарный газ) СО2 – оксид углерода IV (углекислый газ) | 2C + O2 = 2CO
C + O2 = CO2 |
Учащимся в самом начале изучения школьного предмета химии после изучения символов химических элементов нужно обязательно указывать, что символ – условное обозначение того или иного химического элемента. Кроме того, нужно помнить, что в зависимости от контекста символ элемента может обозначать - название химического элемента, один атом элемента, либо один моль атомов этого элемента.
Стиль химического языка определяется формой записи формулы того или иного химического языка. В химии существует следующие виды записи формул веществ – простейшие молекулярные формулы, структурные и пространственные. Данные виды формул представлены на рисунке 2.
Рисунок 2. Молекулярная, пространственная и структурная запись серной кислоты
При молекулярной формуле записи химического языка некоторые формулы являются омомичными, то есть многозначимыми. Например, молекулярной формуле C2H4O соответствуют сразу четыре вещества: уксусная (этановая) кислота; метилформиат; гидроксиэтаналь и гидроксиэтиленоксид. В данном случае на помощь приходит обектность химического языка – номенклатура. Первая номенклатура в химии была разработана в 1788 году под руководством французского химика А.Л. Лавуазье. Каждое вещество может иметь только одно название, названия сложных веществ состоят их двух слов, определяющих род и вид соединения. Например, название ортофосфорная кислота показывает существительное кислота и далее прилагательное ортофосфорная уточняет состав данной кислоты. В настоящее время используется тривиальная, т.е. исторически сложившая номенклатура, рационально-заместительная и современная международная.
При этом вспоминаем слова А. М. Бутлерова, написанные им в 1859 о русской химической номенклатуре. «Большею частью своей массы она сольется с общею химической номенклатурой, а русские названия, выработавшиеся в обыденном языке, как были, так и останутся в употреблении у русских химиков». Примером служит CaO оксид кальция или негашенная известь и Ca(OH)2 - гидроксид кальция, гашеная известь. NaCl - поваренная соль, изначально такой солью называли только выварочную соль, что было связано с особенностями ее добычи и производства, в соответствии с новыми ГОСТами России, такую соль следует назвать пищевой солью. При изучении химии в школе учащимся необходимо показывать различные виды номенклатурных систем, показывать соответствии между номенклатурой и химической символикой.
Так как номенклатура химических веществ является одновременно, методом, средством и инструментом обучения, педагог в своей деятельности должен уделять время и место в учебном занятии для обучения правильному чтению, произношению и толкованию названий веществ. Составлять формулы по названию и наоборот, соотносить тривиальные и международно признанные названия.
В настоящее время номенклатура как часть объектного химического языка обладает свойствами точности, однозначности, логичности, последовательности и ясности, служит эффективным методом для моделирования технической и природной действительности. Если сравнивать номенклатуру с лингвистическими дисциплинами, то она ближе всего относится к прагматике. Прагматика – отдельная дисциплина лингвистики, посвященная изучению «способности носителей языка выражать с помощью отдельных слов или синтаксических конструкций свои собственные намерения и понимать намерения собеседника».[6]
Таким образом, номенклатура выступает той частью химического языка, с помощью которого любому человеку становится понятно написание химических формул и уравнений реакция, их качественный и количественный состав.
В современной российской методике преподавания химии накоплен значительный опыт обучения составлению формул веществ. В основном используются два подхода – составление формулы вещества по валентности и по степени окисления, через нахождение общего кратного. В данном случае правила составления химических формул соответствуют морфологии и грамматике естественного языка. Освоив основы составления формул веществ учащимся можно порекомендовать в дальнейшем для проверки правильности написания формул использовать заряды ионов, указанные в таблице растворимости. Степень окисления в изучении химии является очень важным понятием, на основе которого формируются знания о свойствах веществ. Зная принадлежность элемента к металлам, амфотерным металлам или неметаллам, по степени окисления становится возможным прогнозировать химические свойства образуемых этими элементами веществ.
Рисунок 3. Зависимость химических свойств элементов от степени окисления
Номенклатура оксидов и оснований не вызывает затруднений у учащихся, так как она довольно ясна и понятна: оксид железа III - Fe(OH)3 , называем слово оксид (существительное) затем указываем образующий его элемент в родительном падеже с обозначением валентности для элементов с переменной валентностью. Аналогично поступаем при построении названий оснований. С номенклатурой кислот и солей учащиеся часто испытывают затруднения. В соответствии с обновленными ФГОС учащиеся должны знать названия и формулы десяти основных неорганических кислот и образуемым ими солей. Так же учащиеся должны знать классификации солей на солеобразующие и несолеобразующие и иметь представление о делении солей на основные, средние и кислотные, смешанные соли. Морфологией химического языка можно считать правила составления химических формул, причем эти понятия довольно жестко алгоритмизированы. При формировании названия кислот и солей нужно руководствоваться следующими правилами, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2. Правила номенклатуры кислот и солей
| Префиксы | Кислоты | Соли | ||
| Число атомов кислорода | Зависимость от степени окисления | Наличие кислотных остатков | ||
| 1 – мета 2 – ди 3 – три 4 - тетра | Наименьшее число - мета Наибольшее число - орта | Наивысшая степень окисления – окончание «- ная» H2SO4 Серная или окончание «-овая» H3AsO3 Мышьяковая | Окончание «-ат» Na2SO4 Сульфат натрия | H – гидро OH – гидроксо |
| Средняя или промежуточная степень окисления «- оватая» HClO3 Хлорноватая «-истая» H2SO3 Сернистая
| Окончание «-ит» Na2SO3 Сульфит натрия |
| ||
| В соответствии с номенклатурой ИЮПАК. Низшая степень окисления или бескислородные кислоты. К корню русского названия элемента, образующую кислоту добавляется соединительная «-о» с добавлением слова «водородная» кислота HCl Хлороводородная кислота | Окончание «-ид» Na2S Сульфид натрия |
| ||
| Общие правила названия солей Средние соли «Названия анионов кислот образуются путем замены частиц «-овая»; «-евая» и «-ная» на суффикс «-ат», а частицы «-истая» – на «-ит»: HNO2 – азотистая кислота; NaNO2 – нитрит натрия; HNO3 – азотная кислота; NaNO3 – нитрат натрия Если металл проявляет переменную валентность, то после его названия в скобках римскими цифрами указывается его валентность в данном соединении: FeCl2 – хлорид железа (II).» [7] Кислые соли Перед названием кислотного остатка, добавляется префикс «гидро-» с добавлением в случае необходимости числовых префиксов: NaHCO3 – гидрокарбонат натрия; KH2PO4 – дигидрофосфат калия Основные соли Перед названием соли добавляется префикс «гидроксо-» с добавлением в случае необходимости числовых префиксов: BaOHBr – гидроксобромид бария; Al(OH)2Cl – дигидроксохлорид алюминия. | ||||
Таким образом, химический язык в части морфологии и синтаксиса является средством представления информации о веществе и предсказаний его состава. Научившись составлять формулы химических веществ и определять их принадлежность к тому или иному классу веществ, учащиеся переходят к следующему этапу изучения химического вещества – составлению схем уравнений химических реакций. В данном случае можно говорить о синтаксисе химического языка, который основан на правилах протекания химических реакций, то есть взаимодействия веществ. Условия и возможность протекания химических реакций основываются на правилах и законах химической термодинамики. В школьном курсе химии изучаются условия и признаки химической реакции.
К условиям следует отнести: контакт реагирующих веществ, их соприкосновение; нагревание; для некоторых реакций освещение или наличие катализатора. К признакам протекания химической реакции относят: появление запаха; изменение цвета; выделение или поглощение тепла; выпадение или растворение осадка; выделение газа; образование воды; как слабого электролита. Последние три признака четко видны при практическом написании схем уравнений химических реакций.
Составление схем химических уравнений так же вызывает затруднения
у учащихся. Формирование навыка написания химических уравнений следует проводить в такой последовательности:
- Составление химического уравнения
- Правильность чтения
- Понимание смысла происходящих процессов
- Применение полученных знаний на практике
При составлении химического уравнения нужно знать формулы и названия веществ, вступающих в реакцию, то есть реагентов и какие вещества образуются в ходе реакции – продукты реакции. Для этого ребенку требуется мысленно представить сам процесс, уточнить условия его протекания и представить данное превращение на основе атомов или ионов. Трансформировать молекулярную и атомно-ионную модель в знаково – символьную. Основываясь на законе сохранения массы вещества подобрать коэффициенты
Следующий этап – чтение схемы уравнения химической реакции. При этом такое чтение может происходить на трех уровнях. Поясним это на примере реакции горения этилена.
C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O
Молекулярный уровень чтения. При горении этилена одна молекула этилена взаимодействует с тремя молекулами кислорода с образованием двух молекул углекислого газа и двух молекул воды.
Молярное соотношение или соотношение на уровне вещества. При горении одного моля этилена с тремя молями кислорода образуется два моля углекислого газа и два моля воды.
Здесь необходимо сделать важное отступление. Единица количества вещества моль является одновременно полным названием единицы измерения количества вещества и ее сокращенным обозначением. Термин моль не склоняется при написании в заголовках таблиц и после числа, например 6 моль, 0,25 моль, но не 6 молей и 0,25 молей. Также моль не склоняется при употреблении словосочетания «количество вещества», например «в реакции участвовало количество вещества водорода 6 моль». Вследствие этого чтение вышеприведенного уравнения на уровне вещества может быть и такой: При сгорании этилена количеством вещества один моль с кислородом количеством вещества три моль образуется углекислый газ и вода количеством вещества два моль.
Чтение схемы уравнения реакции на уровне объемного соотношения. В результате реакции горения одного объема этилена с тремя объемами кислорода образуется по два объема углекислого газа и воды.
Соответственно для полного понимания сущности химической реакции учащимся следует сравнивать единицы реагентов и продуктов на молекулярном уровне, а так же на уровне соотношения количества вещества и объемов. После полного понимания происходящих процессов следует практическое применение полученных знаний.
Важным элементом химического языка является терминология. Раскрытие понятие «термин» методы и приемы работы с терминологий наиболее полно раскрыты в работах: О.В Загоровской, Н.Н. Лантюховой, Т.А. Литвиновой [8] , Т.В.Соловьевой [9], [10], О.Н.Гулеватой [10], Маткурбановой З.К. [11]. Исходя, из работ этих авторов следует считать, что термин - это «слово или словосочетание, соотнесенное со специальным понятием, явлением или предметом в системе какой-либо области знаний». Один из способов раскрытия смысла того или иного термина представлен на рисунке 6.
Рисунок 3. Способы формулирования определения терминов
Логический или родо-видовой способ определения термина заключается в указании родового понятия и выделения его главных особенностей. Например, реакция разложения – это реакция, при которой из одного сложного вещества образуются несколько более простых. В этом определении подчеркнутое слово реакция является родовым, так как существует еще ряд разнообразных реакций, а участие сложного вещества и образование более простых является особенностью данной реакции.
Семантический или описательный способ заключается в том, что в определении термина перечисляются основные характеристики и свойства объекта. При этом эти характеристики стоят в порядке значимости. Примером служит определение химии как науки. Химия – наука о веществах, их свойствах и превращениях.
Основу этимологического способа составляет происхождение слова, чаще всего это перевод с иностранного языка [12]. Примером служит название элемента водород на латинском языка Hydrogenium. Где гидро – вода, а ген – порождающий то есть порождающий воду. Здесь следует обратить внимание обучающихся, что латинские слова будут встречаться в терминах и других наук. Например, корень «ген» присутствует в таких терминах, как генетика, генезис, генофонд, геноцид, онтогенез, генотип, хромоген.
Генетический способ определения терминов подразумевает, что учащиеся сами становятся участниками формирования понятия, участвуют в определении данного термина. Например, ученикам можно предложить такое задание почему ртуть (гидраргирум) алхимики называли живым серебром.
Рассмотрев основные моменты формирования и развития химического языка можно сделать следующие выводы.
- Лингвистика химического языка – правильность составления формул веществ и уравнения химических реакций.
- Химический язык обладает прагматикой, которая заключается в моделировании вещества и предсказаний его химических свойств.
- Семантика химического языка заключается в раскрытии смысла химических формул и уравнений реакций.
Об этом писал еще Д.И. Менделеев – «химические формулы рассказывают химику целую историю вещества». Задача педагога состоит в правильном и последовательном обучении учащихся химическому языку. Таким образом, химический язык выступает средством и инструментом обучения химии, его формирование, развитие и использование способствует успешному обучению и развитию учащихся.
Список литературы
1. Приказ Министерства просвещения РФ от 31 мая 2021 г. N 287 "Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования" (с изменениями и дополнениями) Приложение. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования
2. Ожегов С.И. Толковый словарь русского языка. - М.: Оникс, 2010. - 736с.
3. Жуков С. Т. Химия - 8-9 класс / С.Т.Жуков// [Электронный ресурс] Режим доступа: http://www.chem.msu.su/rus/school/zhukov1/welcome.html
(дата обращения 5.03.2024)
4. Каримов М.Ф. Символический язык химии и его значение для развития науки и дидактики // Башкирский химический журнал. - 2009. - Том 16.
- № 4. - С.106-110.
5. Каримов М.Ф. Объектный язык химии и его вклад в развитие научного и учебного моделирования действительности // Башкирский химический журнал. - 2010. -Том 16. - № 2. - С. 77-81.
6. Павлова А.В. О некоторых аспектах обучения прагматическим
// Обучение иностранному языку: современность и перспективы. Сборник научных статей региональной научно-методической конференции. Курск: ЮЗГУ. - 2019. - С. 329-333.
7. Никитина Л.Е. Введение в номенклатуру химических соединений: учеб. Пособие [Электронный ресурс] /Л.Е. Никитина, Е.О. Массарова, Г.Г.Залялетдинова. Казань: Издательство Казанского университета,2021. – 44с. Режим доступа: https://kpfu.ru/portal/docs/F_2134710072/Vvedenie.v.nomenklaturu.khimicheskikh.soedinenij.pdf (дата обращения 5.03.2024)
8. Лантюхова Н.Н., Загоровская О.В.,. Литвинова Т.А Термин: определение понятия и его сущностные признаки // Вестник Воронежского института ГПС МЧС России. - 2013.- Выпуск 1(6). - С.42 – 45.
9. Соловьева Т.В. Работа с понятиями и терминами как условие усвоения учебного материала // Родной язык. - 2015. - № 3.- С. 30-34.
10. Гулеватая О.Н., Соловьева Т.В. Обогащение словарного запаса школьников как условие понимания текста // Русский язык в школе. -2018. - № 3. - С. 41-45.
11. Маткурбанова З.К. Химический язык как средство достижения образовательных результатов // Сборник статей Международной научно-практической конференции «Антропологическое знание как системообразующий фактор профессионального педагогического образования». Курск.- 2019. - С. 372 – 374.
12. Якимова, И.Д. Классификация и номенклатура неорганических веществ: учебно-методическое пособие. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский аграрно-технологический университет имени академика Д.Н. Прянишникова». – Пермь: ИПЦ «Прокростъ», 2022.- 67с.