Система понятий о сущности, механизмах и признаках химической реакции может быть представлена двумя сторонами: понятиями о внешних признаках и внутренней сущности реакций. Между ними существует причинно-следственная связь [2, 29].
Понятие о внутренней сущности реакций развивается постепенно, усложняясь при переходе от теории к теории. В атомно-молекулярном учении сущность химической реакции объясняется как перегруппировка атомов. При изучении электронного строения веществ химические реакции рассматриваются как процесс разрыва одних связей и образование других, на уровне теории электролитической диссоциации — как взаимодействие ионов, а при изучении теории строения органических веществ анализируется механизм протекания химической реакции.
Последовательность формирования понятия "химическая реакция".Понятие "химическая реакция" формируется на нескольких уровнях.
Уровень 1. Понятие о химической реакции начинается формироваться с самых первых уроков. Сначала дают понятие о химическом явлении, так как термин "явление" более знаком учащимся, а затем сообщают, что химическое явление — это и есть химическая реакция. На этом этапе опора делается на знания, полученные учащимися из физики. На уровне атомно-молекулярного учения разъясняют, как можно по внешним признакам обнаружить химическую реакцию (образование осадка, изменение окраски, выделение газа, выделение или поглощение теплоты и т. д.) [7, 169].
Классификация химических реакций дается на уровне сравнения числа исходных и полученных веществ. При этом учащиеся используют такие мыслительные приемы: сравнение, анализ, синтез, обобщение. Все эти сведения о химической реакции включены в тему "Первоначальные химические понятия". Далее все стороны системы понятий о химической реакции должны расширяться и дополняться новыми данными, т. е. после этапа обобщения снова начинается этап накопления.
В теме "Кислород. Оксиды. Горение" понятие о химической реакции обогащается новыми фактами, вводится частное понятие об окислении, но уровень объяснений и обоснований тот же, что и в предыдущей теме. Такой индуктивный логический подход применяется тогда, когда для широких обобщений нет еще подготовки. Здесь говорится об окислении как химической реакции, но рассматривается оно как соединение с кислородом, т. е. применяется изученный учащимися принцип классификации.
Закономерности протекания реакций разбираются при изучении условий возникновения и прекращения горения. Новым здесь является понятие о катализаторе на примере бертолетовой соли и первые, самые простые, представления о скорости химической реакции. Впервые вопрос о скорости химической реакции затрагивается в теме "Вода. Растворы. Основания", и возвращаются к нему только в конце IХ класса при изучении темы "Основные закономерности химических реакций. Производство серной кислоты".
В темах "Водород. Кислоты. Соли", "Вода. Растворы. Основания" понятие о химической реакции обогащается фактическим материалом. Дается понятие о реакции обмена на примерах взаимодействия кислот с оксидами, о реакции нейтрализации кислоты основанием, о восстановлении как разновидности реакции замещения и как о процессе отнятия кислорода от вещества.
Уровень 2. В теме VIIIкласса "Количественные отношения в химии" понятие о химической реакции получает дальнейшее развитие. В частности, начинают формироваться энергетические представления о химических процессах. Рассматривается понятие об экзотермических и эндотермических реакциях, вводится качественно новое понятие о тепловом эффекте химических реакций, термохимических уравнениях. Именно здесь раскрывается на химическом материале важнейший закон природы — закон сохранения и превращения энергии. Так появляется возможность снова показать, что все химические процессы имеют две стороны — качественную и количественную. При изучении энергетики химической реакции учитель обязательно должен установить межпредметную связь с физикой на основе закона сохранения и превращения энергии. Это создаст условия для формирования научно-материалистического мировоззрения, утверждения идеи о материальном единстве мира и даст возможность упомянуть о новой форме энергии — энергии, выделяемой при химических реакциях. В этой теме количественные отношения веществ трактуются как молярные отношения реагирующих веществ и продуктов реакции. С помощью соответствующего перерасчета эти отношения можно выразить как массовые или объемные отношения (если речь идет о газах).
Уровень 3. Понятие о химической реакции претерпевает качественное изменение в теме "Химическая связь. Строение вещества". Химическая реакция начинает трактоваться как разрушение одних связей и образование новых. Рассматривается это на примере окислительно-восстановительных реакций. Механизм реакции окисления и восстановления объясняют с точки зрения перехода электронов, поднимаясь на более высокий теоретический уровень. На основе нового понятия "степень окисления" анализируют известные учащимся реакции разных типов, доказывая, что среди реакций любого типа можно найти окислительно-восстановительные. Следовательно, степень окисления элемента — это, как правило, еще один критерий классификации химических реакций. Здесь появляется возможность показать учащимся диалектический характер окислительно-восстановительных процессов (единство и борьба противоположностей).
В теме "Галогены" дается первое понятие о качественной реакции на примере соляной кислоты и хлоридов. В теме "Подгруппа кислорода" вводится новый тип реакций — аллотропные превращения на примере озона, серы.
Уровень 4. Наибольшее развитие понятия о закономерностях протекания химических реакций получат в теме "Основные закономерности химических реакций. Производство серной кислоты". Здесь дают понятие о скорости химической реакции и о факторах, влияющих на скорость (природа реагирующих веществ, их концентрация, поверхность соприкосновения, температура, наличие катализатора), приводится формула прямой зависимости скорости от концентрации реагирующих веществ, говорится о температурном коэффициенте скорости.
В этой теме развивается и обобщается понятие о химической реакции.
Уровень 5. Тема "Теория электролитической диссоциации", с которой начинается курс химии в IX классе, помимо мировоззренческого значения, вносит много нового в объяснение механизма реакции. На базе понятия об обратимости реакций можно объяснить сущность процесса диссоциации, а также гидролиза солей. Гидролиз рассматривается только в ионной форме, чтобы не вводить понятие о гидроксо-солях. Гидролиз — очень важное теоретическое понятие, которое развивается в последующих темах IX класса и в органической химии. Его следует изучать с использованием понятия о химическом равновесии.
Далее изучение химических реакций в IX классе происходит дедуктивно. Знания, сформированные на базе перечисленных теорий, применяются для объяснения фактов и явлений и прогнозирования протекания процессов.
Уровень 6. Дальнейшее развитие понятия "химическая реакция" осуществляется в курсе органической химии. Понятие о классификации химических реакций дополняется и расширяется. В курсе органической химии вводится новый тип реакции — изомеризация. Самая первая классификация реакций на типы приобретает качественно новое, более глубокое содержание. Например, реакция замещения — галогенирование алканов приводит не к образованию нового простого и нового сложного вещества, а к образованию двух сложных веществ. Реакция соединения включает в себя целую систему понятий органического синтеза: гидрирование, гидратацию, полимеризацию, фотосинтез и др. Реакция разложения объединяет такую систему понятий, как крекинг, риформинг, гидролиз (омыление) и т. д.
В органической химии вносится качественно новый материал в понятия и о механизмах реакций [38, 144]. Впервые дается представление о свободнорадикальном механизме реакций замещения и полимеризации и ионном механизме реакций присоединения. Свободнорадикальный механизм рассматривают на примере реакций замещения (галогенирование алканов), присоединения (полимеризация), отщепления (крекинг углеводородов). В неорганической химии этот механизм не разбирают (цепные реакции исключены из программы). Расширяется понятие о ионном механизме химической реакции: приводятся примеры присоединения неорганических веществ к алкенам (симметричным и несимметричным), реакций замещения при гидролизе гало-геноалкилов.
Уровень 7. В теме "Обобщение знаний по неорганической и органической химии" завершается обобщение понятия "химическая реакция". В конце обучения учащийся должен суметь охарактеризовать предложенную ему в качестве примера химическую реакцию в свете компонентов содержания [16, 134].
Опираясь на свой опыт и опыт других учителей и методистов, автор одной из первых статей по проблеме этимологического анализа терминов С.В. Дьякович рекомендует следующие приемы работы над химическими терминами и названиями иностранного происхождения, встречающимися при изучении химии [9, 122].