Планета органических соединений. Изучаем химию

Издательство «Дрофа» выпустило новый учебник для старшеклассников. И.Н. Чертков «Химия. 10 класс. Профильный уровень». Учебник написан в соответствии с федеральным компонентом государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования по химии профильного уровня. Включен в Федеральный перечень учебников, допущенных Министерством образования и науки Российской Федерации.

Цель профильного курса органической химии – дать учащимся глубокие знания по химии, развивать устойчивый интерес к ней, способствовать в дальнейшем успешному освоению специальностей, связанных с химией. Задачи курса органической химии, излагаемого в учебнике, автор видит прежде всего в том, чтобы способствовать формированию у учащихся научной картины мира, их интеллектуальному развитию, воспитанию нравственности, гуманистических отношений, готовности к труду.

Учебник И.Н. Черткова в доступной форме знакомит ребят с современной теорией строения вещества, электронной теорией химической связи, теорией электронных смещений, теорией стереохимических понятий, механизмами химических реакций. Кроме того, он способствует развитию самостоятельной деятельности учеников, творчества в выполнении учебных заданий. Задача данного курса, помимо всего прочего, повысить роль ученического  химического эксперимента, предназначенного не только для развития экспериментальных умений и навыков, но и для исследования свойств соединений, закономерностей химических реакций, что позволит ставить ученика в положение исследователя. Он усиливает внимание учащихся к вопросам экологии, к предпринимаемым химической наукой и химической промышленностью мерам по охране окружающей среды; способствует пониманию учащимися идей связи органической химии с общей и неорганической химией, для которых научной базой являются теория строения вещества, химические законы и закономерности, материальное единство неорганических и органических веществ, а также связи с другими предметами: физикой, биологией (биохимией, молекулярной биологией), изучающими природу.

Содержание курса

Теоретическую основу профильного курса органической химии составляет теория строения вещества, включающая теорию химического строения органических соединений, электронную теорию химической связи, теорию электронных смещений, элементы стереохимии. Указанные составляющие части теории строения вещества рассматриваются в курсе на современном теоретическом уровне с учетом их доступности учащимся. Электронные представления о строении вещества освещаются на уровне квантовой химии с использованием метода валентных связей, позволяющего связать теорию химического строения, теорию валентности с электронным строением.

Теория химического строения является фундаментом курса, поэтому ей уделяется большое внимание: в учебнике представлены структурная изомерия для различных классов органических соединений, гомология, химическое строение, динамическая изомерия (таутомерия), взаимное влияние атомов в молекулах соединений – все это позволит устанавливать зависимость свойств органических соединений от состава и химического строения.

Теория химического строения получила глубокое обоснование на базе электронных теорий химической связи, электронных смещений. Ковалентную связь можно рассматривать как основу электронных и пространственных представлений. Изучение строения атомов на основе квантово-механических представлений, понятия «орбиталь» позволяет перейти к раскрытию способов образования ковалентной связи, к ее характеристикам: длина связи, энергия связи, полярность связи, поляризуемость связи, пространственная направленность связей.

Взаимное влияние атомов в молекулах освещается в курсе на основе теории электронных смещений: индуктивного (индукционного) эффекта и мезомерного эффекта. Электронные теории позволяют раскрыть механизмы химических реакций. В курсе отражены наиболее распространенные механизмы химических реакций: свободнорадикальный механизм реакций замещения, полимеризации и термического расщепления молекул, механизмы электрофильного и нуклеофильного замещения и присоединения.

В курсе рассматриваются следующие стереохимические понятия: пространственное строение органических соединений, геометрическая изомерия, оптическая изомерия, конформационная (поворотная) изомерия, стерический эффект.

Курс имеет политехническую, практическую направленность. В нем раскрываются термические и каталитические процессы, применяемые в переработке нефтепродуктов, синтезе спиртов, альдегидов, карбоновых кислот и др.; рассматриваются промышленная перегонка нефти, производство спиртов (метанола, этанола), искусственных волокон (вискозное и ацетатное волокна); описываются важнейшие полимеры и полимерные материалы, их применение; предлагается большой химический эксперимент в виде практикумов и лабораторных работ.

В курсе обращено внимание на вопросы экологии, установление межпредметных связей, особенно с биологией, что позволит учащимся лучше понять роль органических соединений в жизни организмов.

Повышению научного уровня профильного курса химии способствует введение в него таких классов органических соединений, как кетоны, амиды и нитрилы кислот, ангидриды и хлорангидриды, элементоорганические соединения, непредельные и ароматические спирты, непредельные и ароматические альдегиды, ароматические кислоты, двухосновные кислоты, гидроксикислоты. Их изучение обогащает курс, делает его более цельным и содержательным.

Структура курса

Структура профильного курса органической химии такова: вначале идут главы, где освещаются: теория химического строения, электронная теория химической связи, теория электронных смещений, понятие о химических реакциях в органической химии. На основе этой теоретической базы, которая раскрывает химическое, электронное и пространственное строение соединений, далее рассматриваются отдельные классы органических соединений по мере усложнения их химического строения. Курс заканчивается обобщением, приведенным в «Заключении». В нем логически последовательно происходит обобщение знаний об органических веществах на основе связи строения и свойств, а также генетической связи органических соединений. Здесь же даются сведения о важнейших синтезах органических веществ.

Структура учебника отражает стройную систему курса органической химии, в основу которой положены два принципа:

1) принцип усложнения строения вещества от относительно простых соединений – углеводородов до наиболее сложных соединений – белков и нуклеиновых кислот, т. е. до биоорганических соединений, характеризующихся полимерным строением и полифункциональностью;

2) принцип  связи между классами и группами органических соединений.

Большое внимание в учебнике придается ученическому химическому эксперименту: лабораторным работам (их более 20) и практикумам (их 9). Практикумы включают разнообразные работы: синтез веществ, элементный анализ, исследование химических свойств соединений, распознавание веществ по их функциональным группам, распознавание полимерных материалов (пластмасс, волокон), анализ пищевых продуктов (молока и молочных изделий) и др., а также различные по характеру экспериментальные задачи. Ученический эксперимент способствует развитию самостоятельности, воспитанию устойчивого интереса к химии, побуждает учащихся к творческому мышлению, к развитию химических представлений, кроме того, способствует ознакомлению учащихся с методами исследования состава и свойств химических веществ.

Методы изучения курса

В процессе изучения курса органической химии могут применяться все существующие методы обучения. Предпочтение следует отдать лекциям, семинарам, беседам, а также различным организационным формам, развивающим самостоятельность учащихся. Лекционно-семинарские занятия – преимущественный метод обучения в профильных классах.

Лекции в школьных условиях отличаются от лекций в высших учебных заведениях и по продолжительности, и по характеру. Школьная лекция обычно сочетается с различными формами самостоятельной работы. Кроме того, во время лекции учитель может прервать ее, если ученикам что-то непонятно, объяснить повторно какой-то материал, может вызвать ученика объяснить, как он понял определенный вопрос, т. е. учитель во время лекции наблюдает за восприятием учениками материала, контролирует их. Иногда лекция может перейти в беседу, обсуждение вопросов.

К лекциям следует прибегать в том случае, когда речь идет о новых для учащихся теоретических вопросах, об обобщении теоретического материала, а также при изложении общих сведений о новом классе соединений. Лекционно, например, можно излагать вопросы теории химического строения, строения атомов (акцент на строение атома углерода), различные способы образования ковалентной связи, материал о гибридизации электронных орбиталей, особенности ковалентной связи, электронные эффекты, оптическую изомерию, конформационную (поворотную) изомерию.

В курсе имеются теоретические вопросы, которые ученики могут изучить самостоятельно, так как они уже получили некоторые сведения по тем или иным понятиям. Например, после ознакомления с sp- и sp2-гибридизацией на примере неорганических соединений, учащиеся в состоянии самостоятельно понять sp3-гибридизацию (метан и его гомологи), sp-гибридизацию в случае ацетилена. Знания учащихся о непредельных углеводородах, s- и p-связях позволят им понять строение и свойства альдегидов, кетонов, кислот и др.

Лекции могут быть как информационного характера, так и с проблемным изложением материала. Например, изложение сведений о бензоле, глюкозе, полимерах может быть проблемным. Разумеется, далеко не все лекции можно построить проблемно хотя бы потому, что в излагаемом материале не всегда присутствует проблема. Кроме того, проблемное изложение, как правило, требует больше времени, чем обычная лекция, особенно когда присутствуют лабораторные опыты или другие самостоятельные работы.

Семинарские занятия имеют своей целью в основном закрепить изученный учащимися теоретический материал. На них можно закрепить знания об электронном и пространственном строении органических соединений, пространственной изомерии. На семинаре можно заслушать сообщения учащихся по определенным теоретическим вопросам (например, о таутомерии, геометрической изомерии, оптической изомерии моносахаридов и др.), о жизни и деятельности ученых-органиков. Семинарские занятия могут быть посвящены обобщению знаний по отдельной теме, нескольким темам (например, предельные и непредельные углеводороды), по крупным разделам (например, углеводороды, кислородосодержащие соединения). Важно, чтобы на семинарских занятиях была организована активная самостоятельная деятельность учащихся.

Самостоятельная работа учащихся при изучении профильного курса должна занять доминирующее положение: работа с учебником, дополнительной литературой, индивидуальные самостоятельные работы, задания, исследование свойств соединений, работа с моделями, решение качественных и количественных задач и т. д. Большое внимание следует придать решению экспериментальных задач, где проявляются знания органической химии, закрепляются определенные практические умения.

Анализ каждой главы учебника позволит учителю выделить материал, который учащиеся сумеют самостоятельно изучить. Очевидно, для самостоятельного изучения берется такой материал, для освоения которого учащиеся теоретически подготовлены:

1) материал о применении веществ на основе уже изученных учащимися строения и свойств соединений данного класса;

2) несложный материал, где отсутствуют новые теоретические понятия;

3) материал, связанный с изучением промышленных процессов.

В каждом случае, когда учитель предлагает материал для самостоятельного изучения, он должен учитывать подготовку учащихся.

Методическое пособие для учителя, включающее программу профильного курса органической химии, соответствующее ей примерное тематическое планирование, методические рекомендации к каждой теме курса, задания для проверки знаний учащихся и приложение «Современная номенклатура органических соединений», выйдет в издательстве «Дрофа» летом 2009 г.