Лилия Кузнецова - Философские и психологические основы дидактики (на примере обучения химии)

Теория помогла Бутлерову понять процесс превращений фосгена и привести этот процесс к определённой цели – выделить в качестве продукта изобутиловый спирт, то есть целенаправленно синтезировать изомер.

На этом примере видно значение теории в познании не только химии, но и окружающего мира вообще. Чем глубже человек познаёт природу с помощью теорий, тем бо́льшие возможности познания открываются перед ним.

В процессе усвоения школьниками учебного предмета теория является важным компонентом знаний. Она помогает ученику понять и объяснить явления окружающей его действительности, то есть сформировать ЗНАНИЕ и МЫШЛЕНИЕ. Этому придавали большое значение наши крупнейшие учёные-педагоги и методисты. Поэтому развитие методики учебных предметов шло в сторону введения теорий и приближения их к началу изучения учебного предмета.

Однако надо помнить, что всякая теория имеет ограничения, она применима в определённых рамках. Например, в химии теория валентных связей не может объяснить существование многих молекул, таких как O 2, NO, NO 2, HNO 3и др. Если предположить, что в молекуле кислорода две связи О=О, то нельзя объяснить существование двух неспаренных электронов в этой молекуле, следовательно, проявление реальных парамагнитных свойств кислорода. Зато это явление (парамагнетизм) объясняется другой теорией – теорией молекулярных орбиталей. Но в рамках этой теории нельзя определить число связей между атомами кислорода, а только возникновение четырёх связывающих и четырёх разрыхляющих орбиталей. На этих орбиталях находятся восемь связывающих и шесть разрыхляющих электронов. Два связывающих электрона не спарены, так как находятся на двух энергетически равноценных молекулярных орбиталях. Это и приводит к парамагнетизму молекулы. В связи с такими представлениями невозможно наглядно изобразить структурную формулу кислорода.

Точно так же невозможно в рамках теории валентных связей объяснить возникновение химических связей в молекуле азотной кислоты. Принято считать, что азот в этой молекуле четырёхвалентный. Но это утверждение вызывает неустранимое противоречие.

В самом деле, проанализируем предлагаемые в некоторых учебниках [34] модели ( а, б ) химических связей в молекуле HNO 3:

Модель а показывает, что атом азота имеет три σ-связи и одну делокализованную π-связь, то есть является условно четырёхвалентным. Но обратим внимание на атом кислорода. Каждый из них имеет одну σ-связь и половину π-связи. Таким образом, кислород в азотной кислоте получается полуторавалентным, а это нонсенс.

Не лучше дело обстоит и с так называемой семиполярной связью (модель б ). Согласно этой модели, азот образует четыре ковалентные связи и одну ионную. Так чему же тогда равна его валентность: четырём или пяти? Но самое главное заключается в том, что такая формула не отражает реальности. Атом азота имеет настолько высокую энергию ионизации (1402 кДж/моль), что сродства к электрону кислорода (141,8 кДж/моль) недостаточно для отнятия пятого электрона от атома азота. Поэтому представленная формулой б молекула азотной кислоты существовать не может.

Не следует прибегать к ухищрённости, чтобы определить валентность азота в азотной кислоте. Достаточно определить его степень окисления, чтобы понять поведение азотной кислоты в химических реакциях.

Желание все факты и явления объяснить с точки зрения единой теории, стремление любой ценой показать её неуязвимость вредит обучению, формирует у детей ненаучный подход к объяснению действительности.

Теорию валентных связей, как и любую другую теорию, следует применять в определённых границах. Не укладывающиеся в неё факты служат стимулом для развития теории или замены её другой. К этому надо относиться диалектически. Когда говорят «строго научно», противоречат существу науки, тому положению, что наука не является застывшим мыслительным образованием, но постоянно обновляется.

В обучении не следует ни игнорировать роль теорий, ни абсолютизировать их. Представление о том, что теории не являются завершёнными формами познания, а меняются, расширяются, углубляются, положительно влияет на формирование мышления и мировоззрения ребёнка.

Познание изучаемого объекта предполагает переход от явления к сущности. Одной из форм раскрытия сущности и являются обнаруживаемые законы, закономерности, принципы.

Законы отражают внутреннюю существенную связь явлений, обусловливающую их закономерное развитие.

Закон выражает определённый порядок причинной и устойчивой связи между явлениями или свойствами материальных объектов, отражает повторяющиеся существенные отношения, при которых изменение одних явлений вызывает вполне определённые изменения других [136]. Понятие закона близко к понятию сущности изучаемого объекта, которая как раз и представляет собой совокупность глубинных связей и процессов. Закономерности конкретизируют и дополняют законы.

Примером закона является великий периодический закон химических элементов Д. И. Менделеева. Он устанавливает существенную связь между атомной массой (зарядом ядра) и формами, а также свойствами веществ, образованных этими элементами.

На этом примере можно видеть связь закона с другими формами знания. Сущность периодического закона раскрывает теория строения атомов. Внутри закона можно выделить закономерности. Например, закономерность связи атомных объёмов с атомной массой дополняет содержание периодического закона.

Закон, как и теория, имеет границы применимости.

Так, закон Авогадро устанавливает связь количества вещества газов (числа частиц) с его объёмом. Выводом из закона Авогадро является молярный объём газа, равный 22,4 л/моль. Однако этот объём приблизительно соблюдается только для нормальных условий. При температуре 20 оС молярный объём будет другим (24 л/моль при нормальном давлении). Здесь вступает в силу другой закон – закон Бойля – Мариотта.

С другой стороны, молярный объём зависит от силы межмолекулярного взаимодействия, поэтому далеко не все газы имеют одинаковый молярный объём при нормальных условиях.

Так, молярный объём аммиака NН 3равен 22,09 л/моль, а хлора Cl 2–20,06 л/моль. Это значительные отклонения, поэтому использование привычного молярного объёма для этих газов приводит к большим неточностям. Молярный объём, равный 22,4 л/моль, – это вид идеализации, широко распространённый в науке, особенно в химии и физике.

Принципыпо содержанию близки к законам.