Изучения органической химии в школе

План:

1. Место органической химии в школьном курсе химии.

2. Методика изучения основных положений теории А.М. Бутлерова.

3. Общие понятия темы

1. Место органической химии в школьном курсе химии. Курс органической химии вносит важный вклад в решение учебно-воспитательных задач. В органической химии вводятся представления о веществах, составляющих организмы растений, животных, человека, об образовании этих веществ из неорганиче­ских, о тех изменениях, которые происходят с веществами в орга­низмах и лежат в основе их жизнедеятельности.

Дальнейшее углубление в природу веществу при изучении ор­ганической химии, рассмотрение электронного и пространственного строения позволяет учащимся лучше понять закономерности микромира и сущ­ность химических превращений. Познавательное значение органической химии заключается и в том, что она дает возможность познать многообразие форм вещества в при­роде, материальное единство органического и неорга­нического мира.

Курс органической     химии   открывает   широкие   возможности и для   умственного развития   учащихся: это постоянное оперирование категориями микромира (рассмотрение электронных, стереохимических представлений), возрастание роли дедукции в обучении. Опираясь на изучаемые теории, учащиеся смогут высказывать гипотезы, про­верять их экспериментом и приобретать новые знания. Возрастает роль различных логических операций: сравнения, абстрагирования, обобщения и др.

Для реализации воспитывающих, развивающих функций важно обеспечить преемственность между курсом неорганической и органической химии. Взаимосвязь этих курсов выражается в использовании в качестве опорных знаний о строении атома, о периодическом законе, о природе химических связей.

 Однако в содержании курса органической химии следует учитывать и отличительные особенности. Органическая химия как наука рассматривает специфический круг веществ (это углеводороды и их производные). В органической химии, в отличие от неорганической нет такого разнообразия качественного состава, поэтому объектами особого внимания становится взаимное влияние атомов в молекулах, явление изомерии. В неорганической химии практически не рассматривались высокомолекулярные соединения; в органической химии их изучение позволяет перейти к изучению биологически важных веществ. Реакции с участием органических соединений в своём большинстве растянуты во времени, протекают в нескольких направлениях, в то время как многие реакции, изучаемые  в курсе неорганической химии, протекают практически мгновенно. Общие закономерности возникновения и протекания реакций в неорганической и органической химии едины, однако, для органических реакций необходимо более точно учитывать и подбирать условия, чтобы добиться нужного направления.

Таким образом, понятия, сформированные в курсе неорганической химии, претерпевают значительные изменения при переходе к органической химии.

Особенности современной методики изучения органической химии заключаются в том, что теперь она преподается не единым целостным блоком в X—XI классах, как раньше, а в течение двух периодов. Во-первых, в IX классе, где дается минимум сведений для того, чтобы выпускники девятилетней школы получили представления об органических веществах. Кроме того, этот раздел явится своего рода пропедевтикой (принцип концентризма) для изучения органической химии в старших классах по углубленной программе. Включение раздела органической химии в курс IX классов придаст курсу логическую завершённость, усилит внутрипредметные связи с неорганической и общей химией, тем более, что блок содержания органической химии в основной школе может быть размещен как в конце курса (например, в учебнике Е. Е. Минченкова и др.), так и в середине его, при изучении подгруппы углерода, где органические вещества рассматриваются как соединения углерода (например, в учебнике Н. Е. Кузнецовой и др.).

Органическая химия в основной школе изучается на тех же теоретических основах, что и неорганическая. Такой подход позволит показать, что между неорганическими и органическими соединениями нет принципиальных различий. Из-за малого объёма учебного времени вводятся лишь отдельные понятия бутлеровской химической теории строения органических соединений.

В старших классах обучение органической химии включает элементы электронной  и пространственной теории строения вещества.

Таким образом, обучение органической химии в настоящее время строится на основе современной теории строения, которая слагается из трех теорий: бутлеровской теории химического строения и двух дополняющих и развивающих ее теорий — электронной теории и теории пространственного строения (стереохимии).

Система понятий органической химии включает 5 групп: понятия химического строения, электронной тео­рии и стереохимические, понятия высокомолекулярной химии, а также понятия о закономерностях химических реакций. Химическое строение и понятия стереохимии взаимосвязаны с электронным строением веществ. В неорганической химии учащиеся практически не встречались с проявлениями их влияния на свойства веществ. В органической же химии эти понятия играют решающую роль в изучении органических ве­ществ. Если в неорганической химии рассматриваются только атомы в невозбужденном состоянии, то в органической химии — возбужденный атом углерода с его гибридными электронными об­лаками, направление которых в пространстве определяет конфигурацию углеродной цепи.

Рассмотрим, какие научные критерии лежат в основе отбора для изучения классов органических соединений. Решение этой проблемы усложняется тем, что количество известных органических соединений исчисляется миллионами и происходит стре­мительное возрастание их числа с одновременным усложнением структуры. В основу системы отбора и построения курса органической химии положен принцип усложнения строения вещества: от относительно простых соединений — углеводородов — до сложнейших биоорганических соединений — белков и нуклеиновых кислот, представляющих химическую основу жизни, понимание которой и составляет основную цель органической химии и её изучения. Последовательность изучения органических соединений с учётом их усложнения.

2. Методика изучения основных положений теории А.М. Бутлерова. При изучении строения органических веществ используются уже сформированные понятия о строении атомов и молекул. Однако материал органической химии вносит много нового в эти понятия: расширяются квантово-механические представления об атомах, вводится понятие о гибридизации орбиталей, рассматриваются идеи химического строения А. М. Бутлерова.

Условия успешного изучения теории строения вещества. Идеи строения вещества лежат в основе изучения веществ и их свойств на каждой ступени обучения. Преодолеть трудности усвоения этих понятий можно лишь при условии строгого соблюдения принципа систематичности, установления межпредметных связей, четких логических построений с использованием как можно большего числа опорных понятий и внутрипредметных связей.

Строение вещества может быть успешно усвоено лишь при использовании средств наглядности в виде таблиц, моделей, экранных пособий и т. п., так как даже при развитом мышлении для понимания ряда вопросов необходимы образные представления.

Проблемный подход способствует развитию активного мышления учащихся. В данном случае он легко реализуется при | установлении связи между строением атома элемента и его свойствами, между видом химической связи и свойствами вещества, между типом кристаллической решетки и свойствами вещества. Причинно-следственные связи, которые здесь очень четко прослеживаются, создают условия для создания проблемной ситуации и использования проблемного подхода.

Для усвоения понятий о строении вещества используются также приемы сравнения. Учащимся предлагается указать сходство и различие между ковалентной полярной и ионной, металлической и ионной, металлической и ковалентной связями. Очень действенным является и прием конкретизации — восхождения от абстрактного к конкретному, т. е. применение знаний о химической связи по отношению к какому-либо конкретному веществу, выявление причинной зависимости, а также использование приема обобщения.

Наконец, чтобы знания учащихся о строении вещества стали их убеждениями, полученные знания применяют в последующих темах курса химии. Необходимо пользоваться любыми примерами для подтверждения идей строения вещества, так как они имеют важное мировоззренческое значение.

3. Общие понятия темы. Курс для профильного обучения «Органическая химия» предназначен для учащихся 11-х классов средних общеобразовательных школ, имеющих базовую подготовку по теоретическим основам химии и желающих повысить уровень знаний в области строения и реакционных свойств природных и синтетических органических веществ. Для успешного освоения курса учащиеся должны знать теоретические основы неорганической химии – строение атома, атомных и молекулярных орбиталей, принципы образования химических связей – ионных, ковалентных, донорно-акцепторных и т.д.

Курс рассчитан на 90 часов обучения, в том числе 54 часа аудиторных занятий осуществляются с использованием технологий дистанционного обучения (из них: 34 часа отводится на лекции, 3 часа – семинарские занятия, 6 часов – практические занятия, 2 часа – лабораторные работы, 3 часа – консультации, 6 часов – контрольные работы). 36 часов составляет самостоятельная работа учащихся с учебно-методическими материалами и справочной литературой.

Обучение осуществляется с использованием учебно-методического комплекса (УМК), программа и содержание которого составлены с учетом требований государственного стандарта общего образования. Учебно-методический комплекс включает в себя:

• учебное пособие;

• материалы для семинарских (практических) занятий;

• тесты и задания для самоконтроля;

• глоссарий;

• а также настоящие методические рекомендации для учащихся.

Для успешного освоения курса необходимо начать обучение с темы 1 «Строение и реакционная способность органических соединений». Теория строения описывает особенности строения и реакционной способности органических веществ и принципиальные отличия от неорганических соединений.

Традиционно изучение органической химии начинается с теории строения органических соединений, усвоение которой совершенно необходимо для восприятия всего дальнейшего материала.

Разделение курса на подтемы выполнено в соответствии с наиболее широко применяемыми в органической химии принципами – по классам органических соединений. Первыми рассматриваются углеводороды. Порядок рассмотрения – в соответствии увеличением степени окисления атома углерода (или, что тоже самое, с увеличением степени ненасыщенности).

Отдельными разделами рассмотрены углеводы, поскольку их назначение и функции гораздо шире, нежели описание химических свойств полифункциональных органических соединений, к классу которых они относятся. В этих же разделах рассматриваются структура и свойства полимерных соединений углеводов.

В третьей теме рассматриваются кислородсодержащие соединения, построение материала также соответствует увеличению степени окисления – спирты, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты и их производные.

При рассмотрении каждого из классов соединений приводятся сведения по номенклатуре соединений, их физическим и химическим свойствам (реакции, характерные для соединений этого класса) и, наконец, способам их получения. Поскольку соединения одного класса часто получаются из соединений других классов, часть способов получения бывает описана в разделах «Химические свойства». В таких случаях даются соответствующие ссылки.

Поскольку все многообразие реакций органических соединений сводится, в большинстве случаев, к нескольким вполне определенным типам, в некоторых случаях приведены механизмы протекания наиболее важных реакций. Механизмы реакций приведены в разделах «Химические свойства» тех классов органических соединений, для которых эти реакции наиболее характерны. Так, о механизме электрофильного присоединения можно почерпнуть сведения в разделах, посвященных непредельным соединениям, а механизм электрофильного замещения, наиболее характерный для бензола и его гомологов, описан, соответственно, в разделе «Ароматические соединения».

Отдельно рассматриваются соединения, характерной особенностью которых является наличие гетероатомов, в частности, азота. Наиболее значимые представители гетероциклических азотистых соединений входят в состав соединений, обеспечивающих жизнедеятельность живых организмов. Другие важные в биологическом смысле органические соединения с азотом составляют полипептиды и белки.

Курс включает несколько подтем «Электронные эффекты в молекулах органических соединений», «Электрофильное присоединение», «Радикальное присоединение», «Концепция ароматичности Хюккеля», «Электрофильное замещение в бензольном кольце», «Электронные эффекты заместителей в бензольном кольце» с более глубоким освещением материала, чем это принято в общеобразовательной программе, используемой в средней школе. Освоение этих подтем не является обязательным при поступлении в высшие учебные заведения или сдаче экзамена (ЕГЭ) по химии, но их понимание помогает легче усваивать основной материал разделов органической химии. В таких подтемах описываются природа и последствия электронных эффектов в молекулах органических соединений, в деталях рассматриваются механизмы важнейших превращений органических молекул. По мере освоения материала разделов органической химии, у учащихся неизбежно возникают дополнительные вопросы, которые можно выяснять как раз в таких разделах.

Некоторые разделы имеют мультимедийное сопровождение, облегчающее усвоение материала. Например, процесс присоединения по двойной связи С=С электрофильных агентов, а также реакции, в которых такая связь образуется, имеют иллюстрации в виде flash-анимации, что позволяет наглядно проследить механизмы реакции электрофильного присоединения и элиминирования.

Одними из интересных форм учебной деятельности являются семинары, практические и лабораторные занятия. Подготовится к таким занятиям возможно самостоятельно на основе разработанных материалов, являющихся компонентами УМК. Используя рекомендуемую литературу, необходимо самостоятельно проработать предложенные темы и выполнить упражнения для самостоятельной работы.

Материалы для семинарских занятий помогут подготовиться к семинарам по темам «Ароматические углеводороды», «Альдегиды и кетоны» и «Углеводы».

Задания, представленные в материалах для практических занятий, позволят закрепить навыки написания формул, составления названий органических соединений, решения расчетных задач на вывод формул, теоретические представления о типах химических реакций, механизмах их протекания на примере химических свойств различных органических соединений. 

В соответствии с рабочей программой курса предполагается проведение 6 практических занятий.

Сами задания представлены в традиционной форме, требующей самостоятельного оформления решения и формулирования ответа, а также в форме тестов (с набором ответов и с соотнесением терминов, формул). При выполнении практической работы учащийся к основным заданиям может выбрать по своему усмотрению задания из дополнительной части.

В соответствии с рабочей программой при изучении курса «Органическая химия» предполагается проведение 2 лабораторных работ.

Материалы для подготовки к лабораторным занятиям помогут ознакомиться содержанием лабораторных работ, включающим цель, перечень требуемых реактивов, материалов, лабораторной посуды и описание хода работы, а также с правилами оформления отчета по результатам выполнения лабораторной работы.

На мой взгляд, изучение материала рекомендуется начать с тестирования. Отвечая на вопросы тестов, можно выявить наиболее слабые места, на которые следует обратить особое внимание при работе с учебными материалами.

В качестве самоконтроля, после изучения каждой темы, также рекомендуется проверить свои знания при помощи заданий в письменном виде, предполагающих развернутый ответ, выявить неусвоенные разделы темы и проработать их еще раз.

Все возникающие вопросы можно обсудить с преподавателем во время консультации или по электронной почте.

Учебно-методический комплекс включает также глоссарий, содержащий определения терминов, встречающихся в материалах курса. Глоссарий предназначен для быстрого уточнения того или иного определения, более детальные сведения о котором можно будет найти в материалах учебного пособия. Глоссарий, таким образом, позволяет быстро ориентироваться в обширных материалах учебного пособия и к нему следует обращаться в случаях, когда непонятно, к какому из разделов пособия имеет отношение тот или иной термин.

Детальные сведения о биографии заинтересовавших Вас ученых можно почерпнуть из раздела «Биографии великих химиков».

Поскольку органических соединений в природе насчитывается в тысячи раз больше, чем неорганических, органическая химия считается одним из наиболее трудных разделов химии. Однако на самом деле трудности при ее изучении связаны не с многообразием реакций и большим числом самих соединений, а с непониманием основных принципов строения атомов, образования связей в молекулах органических соединений и теории их строения. Поэтому в качестве пожелания изучающим предмет органической химии хочется посоветовать не жалеть усилий для выяснения всех непонятных моментов. В этом поможет как самостоятельная работа с литературой, так и консультации с преподавателем. Очень скоро Вы убедитесь в том, как затраченные усилия принесут неожиданные и очень приятные результаты, а само обучение превратится в увлекательный процесс. А поскольку роль органической химии в обычной жизни очень велика, многие явления перестанут казаться загадочными и необъяснимыми.