Химия и Химики № 2 2008. Преподавание химии: взгляд научного работника

Традиционно проблемы образования беспокоят в основном две категории людей: с одной стороны это преподаватели, с другой – студенты, ученики (а также их родители). Но от качества образования зависит нормальное функционирование практически всех сфер общества. В частности, падение уровня образования довольно остро сказывается на науке. Без подготовки адекватной смены нашей науке грозит кризис, значительно более глубокий, чем тот, который мы сейчас ощущаем. Данная статья является своеобразным "взглядом со стороны" на систему химического образования.

Хотел бы привлечь внимание читателей к следующему вопросу. Упрощенное изложение учебного материала значительно повышает его усвоение. Но злоупотребление этим может привести к ошибочным или оторванным от практики знаниям. А к чему ведет потеря связи с реальностью и практикой можно легко себе представить, вспомнив средневековую схоластику. С другой стороны, нынешнее “усложнение” школьной программы понижает и доступность знаний, и их адекватность.

Поясню примерами. Всех нас учили в школе, что кислоты-неокислители не реагируют с металлами, более электроположительными, чем водород. Правильно? Конечно.

В институте мы узнаем, что водные растворы HBr и HI растворяют Cu, Hg и Ag с выделением Н₂. Даже золото способно реагировать с водой в присутствии цианида и кислорода. Про неводные растворы я вообще молчу. Экзотика? Не совсем. Для некоторых технологов и исследователей подобные процессы не более чем обыденная работа. Продолжим.

Учась на 5-м курсе института я прочитал, как в промышленности получают медный купорос. Сырьем служат: отходы меди, разбавленная серная кислота и воздух. Процесс идет при комнатной температуре. Все это школьных догм никак не опровергает. Но специалист, вооруженный только этими догмами не смог бы предложить столь простой и эффективный метод. На основе школьных и университетских знаний велик соблазн использовать концентрированную H₂SO₄ при нагревании. Соответственно возникнут проблемы с SO₂ и аэрозолем серной кислоты. Все это в промышленных масштабах…

Таким образом, путь получения химических знаний можно упрощенно разделить на этапы:

1. Школа. Тут даются основы. Появляется реальный шанс заинтересовать ученика предметом. В тоже время, полученная информация зачастую не совсем правильна или оторвана от практики.

2. Университеты. Происходит расширение и углубление знаний. А часто и простое опровержение материала, выученного в школе.

3. Работа химика. И наконец, бывшие студенты осознают как все на самом деле. Но только в своей узкой области.

Можно провести массу других примеров из школьной химии (слава Богу, не все из них вошли в учебники):

- кислород всегда имеет степень окисления (-2);

- при действии азотной кислоты на металлы никогда не выделяется водород;

₄

- углерод всегда четырехвалентен (органическая химия);
Тем, кто сдал и забыл химию, это не вредит. Но, оказывается, есть некоторые “несознательные” люди, которые хотят стать химиками. И они потом узнают, например, что этан конечно можно получить из хлористого метила и натрия, но на практике так никто не делает. Ведь есть же природный газ. Или из дешевого вещества А можно получить дорогое вещество Б, но это нерентабельно, поскольку образуется трудноразделимая смесь продуктов. Пример из сферы техники безопасности. Выпускники школ и ВУЗов, как правило, имеют понятие про последствия острого действия того или иного опасного вещества. Но они часто даже не подозревают про наличие хронического действия. А его последствия могут быть еще более плачевны.

Отдельно следует вспомнить замысловатые цепи превращений веществ, которые так любят давать на уроках органической химии. И в школе и в ВУЗе. С одной стороны, это очень помогает изучить свойства разных классов соединений. Но с другой стороны, у студентов и учеников часто формируется убеждение, что именно так и получают вещества – в промышленности и лаборатории. А потом удивляешься, слыша вопросы: “Как в промышленности синтезируют пропан и бутан? По какой реакции получают природный газ?”. Вспомним, какое внимание уделяется изучению правил Марковникова и Зайцева. А ведь на практике их реальное применение значительно скромнее. Особенно для соединений с несколькими разными заместителями при кратной связи.

Есть и другая сторона медали. Не давать же детям с нуля “высшие материи”. Иначе усвояемость материала упадет до нуля. А если давать упрощенные, не строгие и оторванные от практики знания, то так легче – и преподавателю и ученикам.

Где тут компромисс, чтобы знания имели доступную форму и вместе с тем - реальную ценность. Чтобы не пришлось сначала учить, а потом переучивать (или переучиваться). Ответ на эти вопросы дать объективно трудно. Возможно, оптимальной является форма изложения, которую принял в своем учебнике “Общая и неорганическая химия” Б.В. Некрасов. Сначала основы, а дальше мелким шрифтом необязательные подробности. Кто заинтересовался – прочитает. Время не стоит на месте. Теперь появилась очень удобная возможность давать дополнительный материал в форме гиперссылки. И в любом случае не лишним будет изложение материала в легкой, увлекательной форме. Разумеется, не всегда это возможно, и не все это могут. Но вполне хватило бы хотя бы несколько таких учебников.

К сожалению, современные тенденции в школьном образовании полностью противоположны данным пожеланием. Яркий пример - учебная литература О.С. Габриеляна для 8-11 классов. Открываем учебник за 8-й класс (а заодно и материал по домашним заданиям) и что мы видим? Почти в начале курса дается строение атома, изотопы, трубка Томсона, исследование радиоактивности. Далее все это плавно переходит в квантовую химию. А закон сохранения массы? Так оказывается его излагать ученикам совсем не нужно [1]. Но еще больше бросается в глаза другое - бессистемность изложения материала, почти полное отсутствие логической связи между разделами. И даже на этом фоне выделяются отдельные “перлы”. Например, молекулы Li₂ и Na₂. Это же “экзотика”. Не каждый химик про них знает, а дети в 8-м классе знать должны. Да еще и указывается, что связь в них ковалентная. Кто же спорит, только, как это поможет освоить тему про металлическую связь - можно себе представить. Кроме того, оказывается связь металл-неметалл (всегда) ионная. А ковалентная связь в фосфине - неполярная! Электоотрицательности водорода и фосфора, видите ли, равны, - но это смотря по какую шкалу использовать. А металлический водород? По моему, его "закрыли" не успев открыть. Изучать биологические свойства дейтериевой воды без сомнения интересно, но стоит ли давать этот материал в начале курса химии? Подобные факты можно было бы приводить еще долго. Отдельного внимания заслуживает стиль изложения материала. Приведу только одну цитату:

“Оба атома осуществляют свою “заветную мечту” – получают столь желанную восьмерку на внешнем уровне. Но какой ценой? Разноименно заряженные ионы в полном соответствии с законом притяжения противоположных зарядов тут же соединяются...“ (Габриелян О.С. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2002. Ст.37).

Я попытался рассказать вышеизложенные факты знакомому физику. Химию он знал, но всей серьезности ситуации не ощутил. Тогда, собрав все свои скудные знания физики, я постарался сформулировать аналогичную ситуацию. Представьте себе, что детям, которые только начинают изучать физику, дают уравнение Максвелла для N-мерного пространства. Ответом было: “Неужели все это так серьезно. Не может быть! Я подумаю над этим...”. А подумав, он рассказал мне про большое количество недостатков в самой концепции преподавания физики. Но это уже другой разговор.

Много преподавателей считают, что в Украине ситуация с программой для 12-ти летней школы ничуть не лучше. А в некоторых отношениях даже хуже. Например, не предусмотрено изучение закона Авогадро, взаимодействия кислорода с металлами. Одни авторы учебников, в меру своих сил, исправляют эти “провалы”. Другие же излагают материал об углероде и кремнии или этилене и ацетилене в одном (!) параграфе. Отдельного внимания достойна “новая” химическая номенклатура в Украине. Конечно – своя номенклатура просто необходима, но зачем же ее так усложнять, что путаются даже профессиональные химики?

Разумеется, подобное положение вещей может привести только к одному. У детей сформируется непреодолимое отвращение к химии на всю жизнь. А тех, кто все-таки освоит подобный материал путем механического заучивания, будет невозможно научить мыслить творчески. И не воспринимать теорию как абсолютную догму.

Так мы получим полуграмотных исполнителей, которые ни над чем не будут задумываться. Как утверждают, обществу нужны и такие. Но именно они и “организовали” аварию на Чернобыльской АЭС, составили проект вышеупомянутой станции на месте современного киевского массива Троещина (Господи, что бы было, если бы его утвердили!?), приказали засыпать горящий реактор свинцом и сделали еще многое другое... Без людей творческих движение общества вперед невозможно. А как раз таких людей и пытаются перевоспитать с самого начала. Чтобы отбить у них и желание, и возможность. Процитирую доктора физ.-мат. наук В. Доценко, преподавателя, который переехал во Францию уже в зрелом возрасте “Мне кажется, что в подобной системе таланты никуда не пробьются, и тогда люди, точнее – роботы-исполнители очень быстро разучатся строить “Великие пирамиды” (Открытия и гипотезы № 5, 2005 г.). Сказано это было про образование во Франции, и с явной ностальгией за советской системой обучения. Но разве в Украине и России сейчас не то же самое? И разве такие тенденции не были заложены еще в той старой системе? Естественно, были.

Напоследок добавлю, что, несмотря на полученные аттестаты, дипломы и научные звания, далеко не все прошли все вышеизложенные три стадии образования. Многие остановились на полпути, и не имеют желания и/или возможности двигаться дальше. Где я сам? Затрудняюсь ответить.

____________________________________
¹ В обсуждаемом учебнике закон сохранения массы дается почти в конце книги, причем он тщательно замаскирован под параграф, посвященный уравнениям реакций (!).