Химия

Как же так получается: мы изо дня в день имеем дело с химическими явлениями, самые разные химические процессы происходят в нашем собственном организме, и тем не менее многие из нас не имеют ни малейшего понятия о химической науке как таковой? С чем это связано, со сложным характером самих химических явлений или, может быть, с тем, как химию преподают в школах?

В последнее время эти вопросы волнуют как никогда учителей, родителей и, разумеется, самих учеников. Во многих западных странах пересматриваются учебные планы по химии и методы обучения с целью ускоренного усвоения химических процессов. Различные американские методисты надеются достичь этого прежде всего благодаря раннему знакомству учащихся с миром моделей и формул, рассматриваемым как реально существующим. А проводимые эксперименты служат тогда для объяснения и доказательства мысленных моделей. Чего добивается учитель вальдорфской школы, когда он в седьмом классе открывает детям всё многообразие химических явлений? Он следит за тем, чтобы явление горения, например, не ограничивалось всего лишь маленьким более или менее «укрощенным» пламенем бунзеновской горелки. И что же, он демонстрирует детям лесной пожар? Может быть и нет, но он старается сделать так, чтобы каждый ребенок имел возможность затаить дыхание перед всепоглощающей силой огня, перед его треском и шумом и восхищаться величием и красотой данного явления. Химические явления все время грозят нам взять верх над нами. Таков уж их характер. Поэтому совершенно необходимо мысленно упорядочить эти явления, соотнести их друг с другом, не покушаясь при этом на их проблематичность и значимость. Хорошо проведенными опытами учитель сначала вызывает удивление у ученика. После этого у ученика появляется желание понять суть дела. Школьный эксперимент, конечно, более нагляден, чем само явление природы. Он зачастую очень много дает, потому что вытекает из тех вопросов, которые мы задаем природе.

Понимание многих химических процессов стоило человечеству немалых усилий. Ученики были бы лишены многого, если бы им не предоставили возможность самим как бы соучаствовать в основополагающих открытиях. Поэтому именно в этой области особенно важно, чтобы учитель не только все сам рассказывал, а все время готовил почву для вопросов учеников, для их желания экспериментировать, для их потребности постепенно понимать те или иные явления, и для их еще неосознанного стремления переживать природу как целое, как тотальность.

И в старших классах, скажем в десятом, химия может значительно способствовать не только увеличению знаний, но и внутреннему развитию учеников. В ходе экспериментов они знакомятся с такими существенными химическими полярностями, как кислота и щелочь, а также противоположностями другого рода, например, металл — неметалл.

Наступает этап, когда уже нужен некий экспериментальный опыт и мыслительные усилия, чтобы сделать обзор различных явлений. Может быть, щелочи всегда связаны с металлами? А кислоты связаны прежде всего с кислородом, как полагал Лавуазье, говоря о кислотообразующем веществе (кислороде)? Какую роль играют неметаллы в химическом взаимодействии веществ? Зачастую очень быстро выводят экспериментальные закономерности и сталкиваются затем со всевозможными исключениями. В таких случаях обычным выходом является гипотеза, которая некоторое время может спасти эти исключения с помощью вспомогательных гипотез. А может быть, существует какой-нибудь методический путь, который вел бы к образу природы, где исключения воспринимаются не с таким пристрастием, где они не замалчиваются? Есть ли путь, свободный от гипотез, занимающийся как раз исключениями из эмпирических правил?

Соображения Лавуазье о роли кислорода в кислотообразовании при ближайшем рассмотрении оказались не общепригодными. Ведь есть галогеноводородные кислоты, стойкие кислые вещества со всеми ярко выраженными кислотными свойствами, которые образуются без участия кислорода! Какие вещества в данном случае выступают в роли кисло-тообразователей? Это — фтор, хлор, бром и йод, поистине своеобразные вещества, с которыми можно ближе познакомиться именно с учетом их особого положения. Тем самым они образуют своего рода особую химию.

В одиннадцатом классе появляется потребность перейти к наглядной классификации всех веществ и всех важных химических процессов. В результате появляются разные возможности классификации, и каждая интересна сама по себе. Если рассматривать периодическую систему элементов или другие сопоставления, то сразу же становится очевидным, что природа проявляется в противоположностях и во взаимодействии этих полярностей заключается ее развитие.

Некоторые ученики понимают это мысленно без особых усилий, но в недифференцированном классе необходимо всем ученикам дать возможность образного переживания. Иногда большой эксперимент сам уплотняется в образ. Важным в этом образе является то, что он значим на различных уровнях. После того, как установлены связи щелочи и кислоты с другими явлениями природы, учитель теперь уже может с большой осторожностью налить концентрированную серную кислоту в чашечку с раствором едкого натра. Обе жидкости прозрачны, но вдруг мы видим, что встречаются они как полные противоположности. Результат «встречи» — резкие, шипящие звуки, интенсивные опасные брызги. Смесь быстро нагревается, бурно, с шумом закипает. Затем все медленно постепенно успокаивается. Видно, что некоторые ученики чувствуют облегчение, при виде постепенного затихания брожения. Наконец становится совершенно тихо. Через некоторое время из раствора выкристаллизовывается соль. Из хаоса образуется строго упорядоченная кристаллизованная форма.

Запахи, цвета, звуки - все впечатляющее богатство наблюдаемых явлений должно быть оставлено в стороне, когда требуется выразить химический процесс в буквах и цифрах, т. е. в формулах . Этот путь от многостороннего восприятия до абстрактных дефиниций прошло в своем развитии все человечество, и занятия по химии в старших классах, по крайней мере в главных чертах , воспроизводят его. Приводимые здесь рисунки взяты из тетрадей двух разных учениц 11 класса . Тема: изучение химических свойств серы. Разогретую в пробирке горящую серу выливают в сосуд с холодной водой, слегка освещенный снизу. Происходит потрясающий эффект. Комок серы шипит и фыркает, иногда с огнем , пока не исчерпает себя и не опустится на дно (слева внизу). Смешанная с железом сера горит равномерно красивыми лепестками фантастических цветков, достаточно интенсивно и выбрасывая искры. В конце концов остается лавообразная масса. Рисунок справа дает представление о разных модификациях, в которых выступает твердая сера.

На уроках химии так же, как и в историческом развитии самой химии, появляется потребность дать наглядные обозначения и понятные противопоставления. Общеупотребительные химические символы учениками очень быстро воспринимаются и заучиваются. Некоторые учащиеся даже соревнуются в этом. Труднее понять количественные соотношения химических превращений. Но благодаря взаимодействию уроков химии и математики возникают очень интересные и важные связи (например, в области пропорций). Пропорциональность важна и в других естественнонаучных областях, например, в биологии. Химические формулы — это, в первую очередь, выражение весовых и количественных соотношений, которые можно непосредственно вывести. Мыслительные операции при этом отнюдь не легки. Модельные представления химии начались именно с этого момента. В школьной химии сейчас тоже выбирают в большинстве случаев дидактически более легкий путь атомных моделей, которые нужно просто принять без понимания взаимосвязей. Понимание этих моделей предполагает зрелые математические знания и довольно сложный экспериментальный аспект. Решающим вопросом для педагога является, могут ли его ученики оставаться свободными по отношению к учебному материалу. Слишком быстрое введение не совсем корректно обоснованных моделей (по некоторым нынешним педагогическим планам уже в детском саду!) приучает ребенка к ложной вере в авторитеты, от которой ему будет трудно когда-нибудь освободиться. Такой метод противоречит и основному естественнонаучному целеполаганию. К тому же и сама природа все дальше и дальше отодвигается от ребенка.