Проблемное обучение химии всегда связано с интенсивным мыслительным процессом, с широким использованием в ходе решения учебной проблемы аргументации рассуждений и доказательности истинности суждений. Важное место здесь занимают межпредметные связи с курсом математики и физики. Они помогают или утвердить правильность выдвинутых гипотез, или опровергнуть их.

Рассмотрим, как при изучении темы 8 класса “Количественные отношения в химии” решается следующая учебная программа в виде проблемы: “Истинно ли утверждение, что массовые отношения газов, находящихся в емкости, относятся 7:1, если емкость, содержащая 6,72 м3 газовой смеси, заполнена на 1/3 азотом и 2/3 водородом (по объему, н.у.)?”

Указанная проблема может быть решена лишь на основе установления взаимосвязи химии, математики и физики. Поэтому познавательная задача, которая возникает на уроке, должна включать использование знаний всех этих трех дисциплин.

Элементы математики используются для усиления содержательных положений, которые дают химия и физика.

На уроке проводятся следующие математические доказательства:

1. Масса азота объемом в 1 м3 равна 1,25 кг. Если M = 28·10-3 кг/моль, а Vm = 22,4·10-3 м3/моль, то по формуле r = M/Vm находим r = 1,25 кг/м3. Масса азота объемом в 1 м3 определяется по уравнению m = r·V. Числовые значения r и m в данном случае совпадают m = 1,25 кг.

2. Масса водорода объемом в 1м3 равна 0,089 кг. Если M = 2·10-3 кг/моль, а Vm = 22,4·10-3 кг/моль, то по формуле

r = M/Vm = 0,089 кг/м3

Масса водорода объемом в 1 м3 определяется по уравнению m = r·V. Числовые значения r и V совпадают.

m = 0,089 кг (1м3·0,089 кг/м3)

3. Объем азота равен 2,24 м3 (1/3·6,72 м3)

4. Объем водорода равен 4,48 м3 (2/3·6,72 м3)

По формуле m = r·V находим массы азота и водорода.

Масса азота равна 2,8 кг (1,25 кг/м3·2,24 м3).

Масса водорода равна 0,4 кг (0,089 кг/м3·2,24 м3).

При объемных отношениях азота и водорода 1/3 : 2/3 отношение масс будет 2,8 (кг) : 0,4 (кг), следовательно, утверждение, что массовые отношения газов в заданной емкости 7 : 1 истинно.

Другое время, когда в практике обучения химии возникает необходимость в опровержении неправильных гипотез учащихся.

В 8 классе в теме “Галогены” учащиеся, изучая химические свойства хлора, узнают о том, что это вещество может взаимодействовать с водородом с образованием хлорводорода. Обычно на вопрос, как получить хлорводород в лаборатории, большинство учащихся высказывают неправильное предположение о том, что в лаборатории хлорводород можно получить при взаимодействии хлора и водорода в эвдиометре. И тогда, с целью предупреждения таких неправильных суждений учащихся, ставим вопрос: можно ли использовать эвдиометр для лабораторного получения хлорводорода? Убедительный ответ на него противоречит правильному. Это создает проблемную ситуацию. Возникает проблемный вопрос: какой объем водорода и хлора необходим для получения хлорводорода объемом в 1 л? В ходе беседы ученики отмечают, что согласно уравнению реакции H2 + Cl2 ® 2 HCl для получения хлорводорода объемом в 1 л требуется хлора объемом 0,5 л и водорода объемом 0,5 л, т.е. общий объем смеси равен 1 л. Учитель говорит, что по условиям техники безопасности объем взрываемой смеси не должен превышать 1/10 части эвдиометра, потому объем всего эвдиометра должен быть в 10 раз больше, т.е. составлять 10 л. Если предположить, что диаметр такого эвдиометра 2 см, то его высоту можно рассчитать, используя знания по математике о вычислении объема цилиндра:

V = (p·D2/4) ·h; отсюда h = (4·V/p·D2)

Подставив числовые значения, получаем h » 3184 см. Приведенными расчетами завершаем решение проблемы. Учащиеся убеждаются в неверности своих суждений. Сейчас любые опыты с эвдиометром запрещены и эти расчеты показывают о непреемственности данного способа для получения хлорводорода в лабораторных условиях.