VI КЛАСС
ВВЕДЕНИЕ В ХИМИЮ.
Экспериментальный курс концентрированного обучения.
III ПРЕДМЕТНАЯ НЕДЕЛЯ.
КРУГ ПРЕВРАЩЕНИЙ.
ЗАДАЧИ III ПРЕДМЕТНОЙ НЕДЕЛИ.
Особенностью данной темы по сравнению с предыдущей является введение детей в содержание новой задачи после долгого содержательного перерыва. Если на I неделе занятие 4 не удалось провести в рекомендованном виде, можно сделать это сейчас (продолжить работу тогда можно с этого места) или, пропустив его вообще, работать, как показано ниже, проведя то занятие в другой форме позже. 3-я и 4-я недели составляют единый блок содержания, поэтому распределение занятий по дням является условным.
ЗАДАЧИ 3-го ЦИКЛА.
- Осуществляя "лабораторные" превращения, составить цепочки превращений (трехзвенные: результат №1 = исходное вещество №2) и опробовать такие цепочки как схемы обьединения действий совместно работающих участников.
- Поставить проблему идентификации веществ, участвующих в различных цепочках, совмещая, тем самым, цепочки друг с другом.
- Построить "круг превращений", в котором все превращения так или наче совместятся с другими, и каждое вещество будет выглядеть как получаемое из чего-то и во что-то превращающееся. Расположение вещества в круге можно использовать, во-первых, для планирования задачи получения каждого из них (можно найти несколько таких способов, или найти способ получения этого вещества из заданного), а, во-вторых, для идентификации вещества, решая задачу различения двух внешне похожих веществ по их поведению в схеме "круговых" превращений.
- Зафиксировать, что два бесцветных раствора (вещества-«помощники») имеют общую функцию они "умеют" растворять то, что не растворяется в воде (вода "не справляется" с растворением полученных осадков), а третий - "осаждает" вещество как осадок из голубого и зеленого растворов: вода может только растворять исходные вещества. Они могут получить названия "растворитель" (их два, а в деталях предстоит еще разбираться позже) и "осадитель" (загуститель, отвердитель и пр. – инициативу выбора конкретного варианта лучще предоставить учащимся).
- Молекулярные схемы закрепляются как универсальный способ фиксации предмета обсуждения: превращения.
ПЛАНИРОВАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ НЕДЕЛИ
ЗАНЯТИЕ 1.
Если на решение задач вводного блока фактически было выделено мало времени, можно сразу перейти к решению текущих задач, отведя время на подробный разбор двух опытов, дающих наиболее адекватный материал для обсуждения. Если эти "фокусы" показывались на вводной неделе, их можно повторить и разобрать происходящее более подробно.
ПОДГОТОВКА: материалы к фокусам "кровь без раны" и "вулкан на столе".
Для лабораторной работы: растворы серной и соляной кислот, щелочь, хлорид и сульфат меди(II), оксид меди(II) (приготовлен разложением малахита), гидроксид меди (отфильтрован и высушен)*. "Билеты" с инструкциями по выполнению индивидуальных опытов в группах: 7 возможных превращений.
ПОЯСНЕНИЕ: Полезно проверить (приготовить) все реактивы, чтобы учащиеся могли увидеть только то, что «надо» и ничего лишнего. А именно: раствор хлорида меди должен быть отчетливо зеленым (а не голубым), кислоты должны реагировать с оксидом меди из малахита без выделения остаточного углекислого газа и соответствующего «шипения», гидроксид меди должен быть скорее голубым чем зеленоватым (отмыть от щелочи!) и не давать выделения углекислого газа при действии кислот. Раздаточные баночки с реактивами не должны иметь формул или названий – их достаточно пронумеровать для написания инструкции по проведению каждого опыта.
Также полезно учесть, что те же реактивы будут нужны еще для многих следующих лабораторных работ, и все эти результаты должны быть хорошо воспроизводимы руками учащихся. Далее им предстоит проверять «природу» полученных веществ (смесей в пробирках) путем добавления к осадкам кислоты, а к растворам щелочи. Принимая во внимание это обстоятельство и имеющиеся технические возможности (запасы реактивов, нагревательные приборы), следует соответствующим удобным образом подобрать концентрации кислот и щелочи (щелочь, конечно, не должна выделять углекислый газ при действии кислоты и осадок гидроксида меди должен получаться яркого синего цвета).
1. Опыт: Получение роданида железа* ("Кровь без раны").
Если он показывался, после краткого обсуждения (основные вопросы: какие вещества участвовали в фокусе? превращался ли "иод" в "кровь" сам по себе, или под действием другого вещества? получали ли эти вещества красную окраску, если каждым из них мазать кожу отдельно?) и формулировке вывода о действии одного вещества на другое, можно его повторить в стаканчике (взять более разбавленные растворы!).
Предлагается составить молекулярную схему происшедшего.
Может быть высказано соображение, что молекулы "иода" покрасились в более темный цвет. Как можно отличить этот процесс от "окрашивания" вещества? Можно это сделать, составив молекулярную схему "покраски". Например, когда дерево красят краской, можно составить такую схему: "молекулы дерева" (вещества, составляющего древесину), и поверх них - молекулы краски (вещества, из которого состоит сама краска). Во-первых, с древесиной, как правило, ничего не делается если краска слезает, дерево такое же, во-вторых - краска уже была такого цвета и мы могли уже видеть, какой цвет будет. Более того, если покрасить бумагу или железо, цвет не поменяется. Схема, где появились "третьи" молекулы ("покрашенного дерева") не дает таких выводов, тем самым, не подтверждается на практике. Не подойдет и слово "краситель" для описания происходящего.
Нам же нужно составить схему, в которой будет так, как было в этом опыте. Вещества "иод" и "спирт" состояли из таких молекул ("желтых" и "бесцветных"), а стали "красные". После смешивания молекулы окрасились? Это слово не подходит. Эти молекулы перемешались, растворились, слепились, соединились? Дело в том, что они превратились, и стали совсем другого цвета. Дело в том, что они просто поменяли цвет? Сравним схемы и уточним выводы.
Другая версия – схема превращения: одно вещество («иод») + второе («спирт») = третье («кровь»). Следует ли искать теперь в "крови" молекулы "спирта"? а "иода"? Может быть, они распались на более мелкие части, и из них получились другие молекулы. А может, они соединились... Это и было превращение. Пока мы не знаем, что тут случилось с молекулами.
Другой способ превращения. Разбавить водой, кислотой ... это все то же самое: подействовать другим веществом. Можно подействовать электрическим током, или просто нагреть. Током пока не будем, так как мы не очень знаем, что такое ток и может быть опасно.
2. Второй "фокус" - "вулкан". Произошло ли превращение? Это явно другое вещество: цвет другой, растворяется по-другому. Составляем схему превращения.
Чтобы кто-то мог повторить такой опыт, например, после того, как он первый раз случайно получился, составляется описание. Иногда такие описания специально составляют секретными, чтобы никто не догадался. Читаем древний рецепт. В нем мало что понятно. Но ясно, что упоминались определенные вещества, и те действия, которые надо было произвести. Более понятны эти рецепты, надо думать, тем, кто знал эти названия и умел все это делать... Зачитываем другие образцы рецептов (если это не делалось на вводной неделе).
3. Мы попробуем сейчас написать такой рецепт, к тем опытам, которые мы сделаем. Дадим названия тем веществам, которые мы не знаем, как называются (работа в группах). Можно составлять его постепенно, по фразам, если возникают принципиальные затруднения.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.
Даны вещества, размещенные в пронумерованных баночках. Каждый сделает одно превращение по билетику с описанием, составит молекулярную схему и рецепт, где будет описание этого опыта.
После того, как вы все сделаете, и уже будете знать, что получится, рецепт может выглядеть так: чтобы получить...., возьмем...., добавим...., нагреем....
Общий отчет с описанием опыта должен оказаться на общем листе (группы). Дома - попытаться составить составить "секретный рецепт" фокусов с кровью и вулканом, на отдельном листе и сдать. Дать свои названия, если неизвестно, какое вещество, но так его назвать, чтобы оно было узнаваемо.
ЗАНЯТИЕ 2.
ОБСУЖДЕНИЕ: Изображаются и обсуждаются молекулярные схемы превращений. Обсуждаются попытки сопоставить и обьединить вещества, продлив тем самым цепочки. Вырабатывается новый критерий различения веществ: оно то же самое, если может вступить в такое же превращение (а не просто похоже по виду, свойствам). Одновременно, можно считать, что превращение не произошло, если с получившимся веществом можно произвести тоже самое "превращение". В наших опытах похоже, что одними и теми же могут оказаться черные порошки, и голубой "осадок" («муть», "желе") и голубой порошок. Откуда это видно? Они претерпевают одни и те же превращения! Но они не очень похожи. Может быть, это то же самое, но ПО-ДРУГОМУ ВЫГЛЯДИТ?
Если это окажется то же самое, значит, можно обьединить эти превращения в цепочку.
ЛАБОРАТОРНЫЕ ОПЫТЫ. Попробуем составить цепочку. Выполним эти опыты по одному на всех (демонстрационно), чтобы составить единое мнение.
ОПЫТ. Проверка голубого и черного порошков.
Бесцветная жидкость (щелочь* - избегайте избытка!) добавляется в стаканчики, содержащие голубой и зеленый растворы (сульфат и хлорид меди*). Получается "загустение" ("желе", "кисель"). Через некоторое время виден осадок. Чтобы его отделить, воспользуемся фильтром. Прозрачный фильтрат можно испытать, действуя им на зеленый раствор. Превращения нет - можно сделать вывод, что здесь не присутствуют уже молекулы веществ, способных вызывать превращения. Он содержит воду - это обнаруживается упариванием и собиранием "пара" на стекле (если есть сомнения).
Высказывается соображение, что на фильтре остается такое же вещество, как голубой порошок, если его смочить водой. Действительно, они похожи. А будет ли он вести себя так же, как "тот"? Если на "тот" действовали другими растворами (кислот*), нагревали, то получали голубой и зеленый растворы и черный порошок. Проверим. Действительно так. Проверим и черный порошок (он не растворялся в воде, но давал голубой и зеленый растворы при действии "растворителей" - кислот*). "Этот" порошок ведет себя так же. Можем теперь на схеме превращений показывать молекулы голубого порошка одинаковыми, и, значит, можно обьединить соответствующие цепочки.
Проверка голубого и зеленого растворов, полученных "по цепочкам" (избегайте избытка кислот!): результаты показывают, что можно обьединить и эти превращения. Значит, можно составить "трехзвенную" цепочку.
Здесь также уместно договориться об «общепринятых» в рамках данного класса «названиях» веществ-помощников («чтобы не таскать за собой номера») и сделать «этикетки» для соответствующих баночек, которые тут же можно и подписать-приклеить.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. Каждая группа получает одно из веществ как исходное. Ученики, получившие карточки-задания (одно превращение), должны выполнить свое превращение, как только исходное вещество будет получено другими. Составляется очередность проведения превращений. По карточкам определяется, какое вещество окажется последним в построенном группой порядке, если все выполнят свои превращения по одному разу. Этот результат показывается учителю, который разрешает начать работу. Ему же предьявляется результат (последнее вещество).
На доске изображаются цепочки выполненных превращений. Если получилось опять исходное вещество, цепочка замыкается в круг.
ЗАНЯТИЕ 3.
САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА (по группам).
ЗАДАЧА 1. В трех одинаковых пробирках с цветными метками находятся три вещества: "растворитель (кислота*)", "осадитель (щелочь*)" и обыкновенная вода. Выданы два вещества: голубой раствор и черный порошок. Нужно распознать, в какой пробирке что находится.
ЗАДАЧА 2. В двух одинаковых баночках с цветными метками находятся два похожих черных порошка (оксид меди, уголь, оксид марганца, сульфид железа и т.п.*). Выяснить, одинаковые ли порошки находятся в баночках и в какой из них содержится "наш" черный порошок.
ЗАДАЧА 3. В двух одинаковых склянках находятся два одинаковых по цвету зеленых раствора (хлориды меди и никеля*). Когда наливали растворы в баночки учеников, некоторым попался один раствор, а некоторым - другой. Определить, кому достался в результате "наш" зеленый раствор, и они могут с ним работать, как обычно, а кому не совсем тот. Заодно следует разобраться, какие же два раствора стоят на учительском столе в больших колбах и сделать соответствующую этикетку.
Примечание: Эту задачу можно усложнить или видоизменить, добавив в качестве «третьего зеленого раствора» воду с универсальным индикатором (зеленый травянистый цвет). Это полезно, поскольку характерное именение цвета в ответ на добавление кислоты (щелочи) еще не встречалось учащимся, а эти опыты отзовутся при изучении природы «помощников» (тема 7).
Задачи решаются учениками в группах, результаты коллективно обсуждаются (вещественные и молекулярные схемы использованных превращений).
Во второй задаче следует специально остановиться на том, что одной пробы при отрицательном результате недостаточно: вода тоже дает отрицательный результат.
Следует составить схемы выполненных детьми превращений "не нашего" зеленого раствора". Последовательные действия "осадителя" и "растворителя" задают также некоторый "круг", который, однако, состоит из превращений, которые не могут быть включены в первый.
ЗАНЯТИЕ 4.
ОБСУЖДЕНИЕ СХЕМ ПРЕВРАЩЕНИЙ.
Подведение итогов блока.
Каждое из исследованных веществ участвовало в разных превращениях: одни ученики выступают с рассказами о том, какие превращения они заметили и какие выполняли сами, относительно каждого из веществ как продукта, а другие - как "реагента". Проверяются и уточняются молекулярные схемы по плакатам и записям.
Для сложных случаев: идентификация "синего желе" и "голубого порошка" и пр., вызвавших наибольшие сомнения, следует напомнить аргументы, которые нас заставляли делать выводы об их одинаковости или различии. Дополнительное обсуждение поможет внести ясность: например, возникло соображение, что это связано с наличием "внутри желе", "между молекулами" молекул воды: когда оно высыхает, молекулы просто "сильнее скрепляются" и мы видим плотный порошок, а не "размазанное желе". У сами же молекул одинаковые свойства получаться и превращаться при действии одних и тех же веществ и из одного и того же.
Проверим и другие превращения, вызвавшие сомнения. Если выпарить голубой и зеленый растворы, получим, соответственно, белый и желто-коричневый порошки. Если их попробовать растворить в воде, они опять дадут такие растворы. В этом отличие "голубых кристаллов" от "голубого порошка", который не растворяется в воде. Удачное "обьяснение" этому состоит в том, что "нерастворимый" синий порошок получен НЕ выпариванием раствора, в которой всегда можно ВЕРНУТЬ воду, а действием осадителя, которое нельзя компенсировать добавлением того же вещества: нужно произвести, действием другого вещества, ОБРАТНОЕ превращение, с участием других молекул.
"Наши" вещества составили "круг", в котором теперь можем проследить все превращения. Но обнаружились новые вещества, которые в круг не попали, хотя выглядели так же. Оказывается, с ними никак нельзя совершить те превращения, которые происходят с "нашими" веществами, даже если оказывается, что они очень похожи. Некоторые из них образовали какой-то "свой круг" – «другой» зеленый раствор и осажденное из него вещество.
Черный порошок (уголь*) "своего" круга не образовал - мы не нашли его превращений.
Сравнение двух кругов - "нашего" и "не нашего" зеленого раствора показывает, что мы не должны включать "растворитель" и "осадитель" в определенный круг - и там и там они ведут себя одинаково - один растворяет, другой осаждает. Они как бы оказываются сами по себе.
Может быть, есть еще и другие круги превращений, в которые не войдут "наши вещества" - но, возможно, там так же будут работать "осадитель" и "растворитель"? Надо опробовать и другие какие-нибудь вещества.
Домашним заданием будет:
1) изобразить круг на отдельном листе, описать СЛОВАМИ все превращения, указав их УСЛОВИЯ: чем и как действовать и что должно получиться. Этой цепочке превращений можно дать "алхимическую" интерпретацию, описав ее на языке вымышленных существ-веществ (см. рецепт алхимика Рипли), а можно и "технологическую" - как "в учебнике". Можно попробовать себя в любом жанре.
2) Получить ржавчину (железный гвоздь или скрепка помещается в воду (подсоленную для быстроты ржавления), налитую тонким слоем, для доступа воздуха), собрать и принести на следующий урок. Если не выйдет ржавчина, то тщательно описать условия, в которых она не получилась.
Ржавчина - это важное вещество. Вряд ли кто-то получает ее специально: обычно она возникает там, где не просили... Есть ли тут превращение? Какие вещества в нем участвуют? Можно ли получить ржавчину по-другому? Эти вопросы требуют специального исследования превращений ржавчины. Ею мы займемся в следующий раз.
ЗАЧЕТНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА (выполняется всей группой).
ЗАДАНИЕ: Даны вещества-посредники, получить все наши вещества, из того исходного, что дано группе (в каждой группе разное: 4 группы, по числу отдельных веществ). Отчет состоит из составленных схем произведенных превращений, готовые вещества предьявляются учителю в пробирках.
РЕЗУЛЬТАТЫ III недели (это – для учителя)
1. Наличие превращения может быть подтверждено опытами, показывающими различия некоторых свойств ("способностей") исходных и получаемых веществ.
2. Превращение показывается на схемах значками, обозначающими "молекулы" исходных и полученных веществ: проще всего - кружочками, раскрашенными в разные цвета. К каждой схеме превращения, записанной в "этикетках" веществ, отражающих их отличительные свойства или указывающих на их происхождение, можно сделать "параллельную" молекулярную схему, показывающую превращения веществ как некие превращения их молекул. "Целевое" планирование опыта при этом фиксируется как "вещественная" схема (вещества мы берем из сосудов, переливаем и пересыпаем, смешиваем, можем разделить и исследовать), а "молекулярную" схему мы составляем по результатам проделанного опыта, фиксируя как изменение "состава" молекул утрату или приобретение некоторых новых свойств и возможностей, главнейшими из которых являются возможности участвовать в круговых превращениях.
3. Многие лабораторные опыты, связанные с превращениями веществ, можно построить как трехзвенные цепочки: результат 1-го превращения является исходным веществом 2-го превращения; со стороны предмета идентичность двух превращений чаще всего подтверждает идентичность участвующих в них веществ; со стороны организации работы - такая схема может служить определенной формой распределения задачи между участниками коллективного решения.
4. "Круг" превращений возникает при наложении цепочек (доказанном совпадении превращений по исходному веществу и продукту), а включение нового вещества в круг уже опробованных превращений позволяет составлять и планировать проведение многозвенных цепочек с его участием. Подтвержденная принадлежность к кругу означает "приписывание" данному веществу всех возможных в этом круге многозвенных превращений. Осуществление типичных "круговых" превращений решает проблему идентификации вещества.
5. Вещества с известными свойствами (способностью участвовать в круговых превращениях) могут быть взяты для испытания "посредников", их различения, а также для испытания новых веществ в известных функциях.
6. Работа в группах, фронтальная, парная, индивидуальная предполагает посильную форму участия каждого и обязательную индивидуальную фиксацию совместно полученных результатов.
7. Определенная временная рамка предметной недели создает и некоторую определенность и ограниченность содержания каждого цикла. При линейном построении учебного курса "блоки", обьединяющие целостное содержание должны быть замкнуты в пределах каждого занятия и могут быть более крупными в смысле циклов занятий. Существенно, что тогда можно и рассчитывать на "порционные" домашние задания. Планирование еженедельных уроков может дать экономию суммарного времени на повторение и контроль, так как по целям неделя должна быть замкнута обязательно, так же как и отдельный урок, а цикл уроков - не обязательно.