Педагогическа технология за активно учене по химия и опазване на околната среда чрез „Правила за решаване на генетични преходи по неорганична химия“ в 10. клас

Предизвикателство за всички ученици е решаването на генетични преходи по Химия и опазване на околната среда. Този тип задачи са стандартни, но различни от останалите типове задачи, използвани в училищния курс на обучение. За решаването им са необходими базисни знания, логическо мислене, съобразителност, досетливост и в най–голяма степен прилагането на умения за писане на химични уравнения.

Генетичните преходи са мощно средство за активизиране на мисленето на учениците и за повишаване на интереса им към химията като наука, особено в нашия динамичен свят, когато за повечето от тях тя е скучна и неразбираема дисциплина.

Генетичните преходи като вид задачи и решения провокират интелекта, чувствата, възприятията. Прилагането на химическите умения е интелектуално приключение, изискващо въображение, логическо мислене, последователност и критичност. За задълбоченото разбиране и достойната оценка на този тип задачи са потребни насочване и опит.

Химиците „говорят“ на най-универсалния език в света чрез химични знаци, формули и уравнения. За да овладеят този език, учениците полагат усилия за боравене с химичната символика, за изразяване и изравняване на химичните уравнения. С други думи, необходими са повече упражнения, свързани с прилагане на химичния език във всичките му разновидности.

В действащите учебни програми по Химия и опазване на околната среда – общообразователна подготовка липсват конкретни урочни единици за решаване на генетични преходи. Намирането на начини за по-лесното решаване на този тип задачи е предизвикателство както за учениците, така и за учителите.

Актуалността на темата за решаването на генетични преходи произтича от факта, че те са част от начина за проверка и оценка на базисни химични знания, умения и отношения не само в учебните часове за упражнения по ХООС, в химическите състезания и олимпиади, но и в конкурсните изпити за медицинските университети по Химия и опазване на околната среда.

Повишаването на познавателния интерес и познавателната самостоятелност на учениците са в основата на моята педагогическа дейност, базирана на професионален опит за използване на разнообразни подходи, методи, организационни форми и средства в обучението по Химия и опазване на околната среда в 10.клас. Това ме провокира да създам, приложа и проверя ефективността на авторска педагогическа технология за активно учене чрез правила за решаване на генетични преходи по неорганична химия в учебните часове от разширената подготовка по Химия и опазване на околната среда в 10.клас.

В статията представям авторска педагогическа технология, обоснована на един различен подход, използван при решаването на генетични преходи, базиран на активното учене чрез комбиниране на придобитите знания върху химичните процеси и неписани в учебниците правила. Предлагам модел на обучение, който илюстрира установяване и прилагане на логически съждения чрез правила, представени в таблица, и разглеждам как те се прилагат по алгоритъм за решаване на конкретен генетичен преход. Адресирам това педагогическо изследване основно към учителите по Химия и опазване на околната среда. Считам, че разглежданата тематика би била полезна и за:

• ученици с изявени интереси;
• ученици, готвещи се за състезания, олимпиади и кандидатстудентски изпити;
• колеги, които преподават учебния предмет Химия и опазване на околната среда.

Цели на авторската педагогическа технология:

1. Затвърждаване на специфични знания, умения и отношения, свързани с химичните процеси;
2. Формиране на навици и стратегии за ефективно самостоятелно активно учене чрез прилагане на алгоритъм;
3. Развиване на умения за подбор и обобщение на информация;
4. Утвърждаване на нагласата „успехът зависи от мен и моите усилия”.

Място на авторската педагогическа технология в процеса на обучение

Педагогическата технология за активно учене чрез „Правила за решаване на генетични преходи по неорганична химия“ е приложена след изучаване на три раздела от учебното съдържание на учебника по Химия и опазване на околната среда, ООП на „Булвест 2000“, издателство „КЛЕТ БЪЛГАРИЯ“ ООД, 2019:

• Раздел 2 „Разтвори и химични реакции във водни разтвори“;
• Раздел 3 „Класификация на химичните процеси и на веществата“;
• Раздел 4 „Приложни аспекти на химията в областта на материалите“.

След изучаване на посочените раздели в учебните часове от ООП по ХООС в 10.клас приключва запознаването с най-важните представители на химичните елементи и техните съединения от главните и вторичните групи на периодичната таблица. Последно изучавани са преходните метали Zn, Cu и Fe и техните съединения. Учениците „познават“ всички видове химични процеси – ЙОР, ОРП и ТР и техните частни случаи. Това е най-подходящият момент от курса на обучение да бъде представена авторската педагогическата технология за активно учене чрез „Правила за решаване на генетични преходи по неорганична химия“ в учебните часове от разширената подготовка в 10.клас по Химия и опазване на околната среда.

Програма за обучение

Програмата за обучение по педагогическата технология за активно учене чрез „Правила за решаване на генетични преходи по неорганична химия“ е представена в таблица №1.

Таблица № 1

Програма за обучение
№	Учебни дейности	Дидактически ресурси	Брой учебни часове
1.	Запознаване с правилата за решаване на генетични преходи по неорганична химия	2 работни листа с правила за решаване на преходи по НХ	2 учебни часа
2.	Прилагане на правилата за решаване на генетични преходи	2 работни листа с преходи за метала мед и съединения на медта	2 учебни часа
3.	Прилагане на правилата за решаване на генетични преходи	2 работни листа с преходи за метала цинк и съединения на цинка	2 учебни часа
4.	Прилагане на правилата за решаване на генетични преходи	2 работни листа с преходи за метала желязо и съединения на желязото	2 учебни часа
5.	Провеждане на изходящо изпитване	1 работен лист с преход за метала мед и съединения на медта 1 работен лист с преход за метала цинк и съединения на цинка 1 работен лист с преход за метала желязо и съединения на желязото	1 учебен час

Правилата за решаване на генетични преходи по неорганична химия са описани на работен лист и се отнасят за основните видове химични процеси – ЙОП, ОРП, ТР и техните частни случаи /таблица № 2/.

Таблица №2

ПРАВИЛА за решаване на генетични преходи
1.	Анализира се целият преход, за решаването на който се използват основните видове химични процеси и техните частни случаи – ЙОП, ОРП, термично разлагане, обменни процеси и техни частни случай – процесите на електролиза, ОРП протичащи в разтвори на електролити и процесите на разтваряне на утайки.
2.	При решаване на генетични преходи не се използва процесът хидролиза на соли, освен ако не е посочен по условие.
3.	Означават се малко разтворимите (МР) или средно разтворимите (СР) във вода вещества (утайки) или газообразните вещества (SO2↑, CO2↑, Н2S↑, NH3↑), продукт на ЙОП.
4.	Преходът киселина →сол или основа →сол е ЙОП на неутрализация. Решава се чрез представяне на взаимодействие със съответната киселина или основа.
5.	Преходът киселина →сол↓ е ЙОП. Решава се чрез използване на реактив за откриване и доказване на киселината.	AgNO3 е реактив за откриване и доказване на HCl /Cl–. BaCl2 е реактив за откриване и доказване на H2SO4 / SO42-. AgNO3 е реактив за откриване и доказване на H3РО4 / РО43-.
6.	Преходът сол → хидроксид↓ е ЙОП. Решава се чрез използване на реактив за откриване и доказване на катиона на метала, участващ в състава на солта. Получават се цветни утайки.	Алкалните основи (NaOH, KOH) са реактив за откриване и доказване на Mg2+, NH4+,Al3+ и катионите на преходните метали (Cu2+, Zn2+, Pb2+, Fe2+, Fe3+, Ag+).
7.	Преходът сол →сол↓ е ЙОП. Решава се чрез използване на реактив за откриване и доказване на аниона на киселината, участваща в състава на солта. Получават се цветни утайки.	AgNO3 е реактив за откриване и доказване на HCl /Cl–. BaCl2 е реактив за откриване и доказване на H2SO4 / SO42-. AgNO3 е реактив за откриване и доказване на H3РО4 / РО43-.
8.	Една сол може да взаимодейства с киселина само когато киселината е по-силна от киселината, участваща в състава на солта. Реакцията е ЙОП и протича докрай, защото се получава слаб или среден по сила електролит. Процесът се нарича кисела хидролиза на сол.
9.	Неразтворимите във вода соли, наречени сулфиди, сулфити или карбонати, се разтварят в силни киселини. Реакциите са частен случай на ЙОП и протичат докрай, защото се получават газообразните вещества (H2S↑, SO2↑, CO2↑). Представят се само с молекулно и пълно йонно уравнение.
10.	Неразтворимите във вода соли, наречени сулфиди, се обработват чрез процеса „пържене“. „Пърженето“ на руди е ОРП на взаимодействие на рудите с кислород в излишък, при повишена температура. Получават се оксид на преходния метал и серен диоксид.
11.	Преходът сол →метал е ОРП, който протича в разтвор на електролит. Решава се чрез използване на химичната активност на металите и техните йони по РОАМ.
12.	В преходите процесът електролиза е най-често при алкалните и алкалоземните хлориди. Алкалните метали (Na, K) и алкалоземните метали (Ca) се получават само чрез процеса електролиза в стопилка на техни бинерни соли. Алкалните основи (NaОН, KОН) и Ca(ОН)2 се получават чрез процеса хлоралкална електролиза на водни разтвори на техни хлориди.
13.	Неразтворимите във вода хидроксиди участват в процеса термично разлагане. Получават се оксид на метала и вода. Процесът протича без преход на електрони и без промяна в заряда на йоните при повишена температура.
14.	Доказването на нитрати в твърдо агрегатно състояние протича чрез процеса термично разлагане. Процесите са ОРП. Доказване на алкални нитрати – получава се нитрит и кислород. Доказването на нитрати на преходни метали (изключение AgNO3) – получават се оксид на метала, азотен диоксид и кислород.

Правилата насърчават активността на ученика, стимулират самостоятелното израстване и задълбочават познавателния интерес. Знанията се затвърждават, уменията се усъвършенстват, отношенията се тълкуват с разбиране и така се превръщат в компетентност.

Правилата за решаване на генетични преходи са базирани на химични знания, чрез които се постига овладяване на „маршрутите за намиране на решение“. Те насочват вниманието към всяко превръщане с цел създаване на устойчиви мисловни модели за химическите условия.

Представени са на учениците през първите 2 учебни часа и обучението за прилагането им е с продължителност 3 учебни седмици по 2 учебни часа /общо 6 учебни часа/.

При обучението за прилагането им са използвани работни листове с преходи за последно изучаваните преходни метали Zn, Cu и Fe и техните съединения. Използвани са задачи от „Сборник с примерни тестови въпроси и задачи по Химия и биология за кандидат-студенти“, 2022 г. на Медицински университет – София. Учениците използват Периодична система, Таблица за разтворимост на киселини, хидроксиди и соли и Електроафинитетните редове на елементите и техните йони.

При прилагане на правилата за решаване на преходи на учениците са предоставени разпечатани указания за работа с генетични преходи по неорганична химия, преди започване на работа по предоставения работен лист.

По работните листове с преходи за преходните метали учениците работят самостоятелно и са подпомагани или насочвани допълнително при необходимост.

За установяване на ефективността на педагогическата технология е проведено изходящо изпитване.

Интерактивни фази на обучението:

1. Фаза на ориентация в химическото условие.
2. Разбиране на генетичния преход. Целта е всеки процес от прехода да бъде разпознат и всички данни да бъдат идентифицирани.
3. Креативна фаза на осмисляне/обработка.
4. Групиране на еднотипни процеси. Намиране на липсващи данни, ако има такива /не всички преходи са едностадийни/.
5. Съставяне на стратегия и план за решаване.
6. Осъществяване на плана. Решаване на прехода.
7. Оценъчна фаза: Анализ на процеса на решаване и на полученото решение. Какви нови прозрения е предизвикал прехода? Позната ли е стратегията? Можем ли да представим решението по друг начин?
8. Фаза разширяване и свързване: Намиране на връзки с вече придобито познание и познати задачи, обобщаване, предлагане на варианти на решаване.

Указания за работа с генетични преходи по неорганична химия:

Скъпи ученици,

При решаването на задачи с генетични преходи в неорганичната химия е много важно да подхождате систематично и логично, като спазвате конкретните правила и последователност. Те служат за много бързото Ви ориентиране в ситуацията и намиране на вярно решение. Тези правила не са случайни – те ви помагат да разпознаете правилно химичните процеси, да приложите подходящи уравнения и да изградите вярна химична връзка между веществата. Затова, когато работите по задачи с генетични преходи, спазвайте стриктно следните указания:

1. Изучете прехода внимателно – анализирайте кои вещества участват и каква е природата на процеса: йонообменен, окислително-редукционен, термично разлагане, електролиза и др.
2. Прилагайте само допустимите химични процеси – например хидролизата на соли се използва само когато изрично е посочена в условието.
3. Разпознавайте и обозначавайте утайките (МР или СР вещества) и газообразните вещества – те са ключови за вярното представяне на ЙОП.
4. Проверявайте дали реакцията протича докрай – ако се образува утайка, газ или слаб електролит, реакцията е възможна.
5. Използвайте качествени реакции, когато трябва да се потвърди присъствието на даден катион или анион. Това ви води към правилно представяне на ЙОП чрез подходящи реактиви (напр. AgNO₃, BaCl₂, NaOH и др.).
6. Спазвайте логиката на киселинно-основното взаимодействие – ако има преход от киселина или основа към сол, използвайте реакция на неутрализация (ЙОП).
7. Използвайте ОРП само когато процесът протича с промяна в степените на окисление.
8. Означавайте условията за протичане на процеса – висока температура, налягане, наличие на катализатор, разтвор, стопилка и др.
9. Съобразявайте химичната активност на металите, когато протича ОРП в разтвор на електролит – не всяка реакция е възможна с всеки метал.
10. Знайте кои вещества се разлагат при нагряване и какви продукти се получават – особено при солите-нитрати и малкоразтворимите или средноразтворимите хидроксиди.
11. Използвайте при съмнения Периодична система, Таблица за разтворимост и Електроафинитетните редове на елементите и техните йони.
12. Не забравяйте, че някои реакции са много специфични!

Обърнете внимание: Всеки преход се решава чрез прилагане на точните правила и логически стъпки. Не разчитайте на наизустяване – разчитайте на разбиране. Колкото по-ясно осъзнаете логиката на химичните процеси, толкова по-лесно ще решавате и най-сложните задачи.

Въздействие на авторската педагогическа технология

Педагогическата технология за активно учене е базирана на химични знания, чрез които се постига овладяване на „маршрутите за намиране на решение“. Тя насочва вниманието към всяко превръщане с цел създаване на устойчиви мисловни модели за химическите условия.

Педагогическа технология улеснява автоматизирането на знанията, уменията и отношенията за решаването на генетичен преход и превръщането им в компетентност. Това означава ученикът да може на химичен език, задълбочено, точно и пълно да обяснявате фактите, явленията и закономерностите в задачата, да извежда необходимите логически взаимовръзки и да формулира изводи, като се базира на теорията.

Педагогическата технология за активно учене разширява фактологичните знания от учебната програма по Химия и опазване на околната среда. Учениците използват с по-голяма яснота наученото и автоматизират уменията за използването му при решаване на генетични преходи. Така се повишава познавателният интерес и увереност, развива се творческо мислене и услужливост на паметта, откриват се и се попълват пропуски в знанията.

Педагогическата технология, разработена и апробирана в реална училищна среда, показва ефективност при справяне с едно от основните предизвикателства в обучението по химия – решаването на генетични преходи. Обучението, основано на логически правила, алгоритмичен подход и дидактически ресурси, подкрепя когнитивното развитие на учениците, насърчава самостоятелното мислене и улеснява преноса на знания в нови учебни ситуации.

Ефективност и устойчивост на авторската педагогическа технология

С оглед на резултатите считам, че практическото прилагане на „Правила за решаване на генетични преходи по неорганична химия“ не само подпомага постигането на конкретни учебни цели, но и изгражда у учениците ключови компетентности, необходими за тяхната личностна, академична и професионална реализация. Вярвам, че тази практика представлява ценен принос към съвременното природонаучно образование и към мисията на учителя – да вдъхновява, насърчава и развива потенциала на всеки ученик.

Резултатите от изследването показват, че педагогическата технология не само допълва, но и надгражда традиционния подход на преподаване, създавайки условия за диференцирано обучение, личностна изява и устойчиво развитие на учебната мотивация. Прилагането ѝ в рамките на разширената подготовка в 10.клас доказва нейната приложимост и значимост както за ученици с повишен интерес към природните науки, така и за преподаватели, стремящи се към повишаване на ефективността на учебния процес.

Изводи от прилагането на педагогическата технология за активно учене

1. Използването й е много удачно, тъй като съответства на учебното съдържание и възрастовите особености на учениците;
2. Осигурява усвояването и натрупването на по-голям обем от трайни химични знания, по-доброто им осмисляне и прилагане;
3. Доказва постигането на по-високи образователни резултати чрез по-добрата мотивация на учениците, които са „откриватели“ на познанието;
4. Осигурява ангажираност на всички ученици; безразлични и скучаещи няма;
5. Осъществяват се дейности, от които произтичат компетентности в дългосрочен план.