Какие причины вызывают опасения у школьников при изучении химии? В какой момент целесообразно начать знакомство детей с этой дисциплиной? Способны ли цифровые технологии полностью заменить лабораторные исследования, и как сделать химические формулы более доступными для понимания? Эти вопросы редакции журнала «Педсовет» прокомментировал профессор, доктор технических наук и один из авторов книги под названием «Профессия химика: от лабораторной пробирки до промышленного производства». Илья Воротынцев.

В чём заключается причина того, что химия воспринимается как сложный предмет в школе?

Основная проблема кроется не в самой науке химии, а в том, каким образом дети впервые сталкиваются с ней. В школьной программе обучение обычно начинается с теоретических концепций. Учащиеся ещё не имели возможности поработать с лабораторным оборудованием, наблюдать за образованием осадка, изменением цвета раствора — и уже получают задания на определение валентности серы, подбор коэффициентов уравнения или анализ электронной структуры атома. Это похоже на попытку научиться плавать, изучая теоретические основы гидродинамики без единого погружения в воду.

Химия объясняет процессы, происходящие вокруг нас: в нашем организме, при приготовлении пищи, в производстве лекарств, в создании смартфонов, одежды, а также обеспечивает нас чистой водой и воздухом для дыхания. Это наука о постоянных превращениях. При таком подходе она становится живой и интересной. Однако, если начинать исключительно с формул, возникает впечатление, что химия – это лишь набор непонятных символов, индексов и задач.

Химия попросту немыслима без уравнений и формул. Однако они должны служить пояснением того, что ребенок уже наблюдал своими глазами. Что вызывает потемнение яблока при разрезе? Почему гвоздь подвержен коррозии? Как мыло удаляет загрязнения с кожи? Лишь после этого вводятся формулы – это инструмент для описания и понимания этих процессов.

Существует еще одна важная причина, влияющая на восприятие химии – условия обучения. Мне известны учителя химии высочайшего уровня, способные своим энтузиазмом вдохновить целый класс. К сожалению, зачастую система создает препятствия для их работы. Когда не хватает необходимых химических реагентов, эксперименты демонстрируются по видео вместо проведения вживую. В результате лабораторные занятия становятся лишь формальным требованием, а преподавателю приходится объяснять научные принципы, используя только мелок и доску.

Сложно развить интерес к химии, если никогда не наблюдал превращение одного вещества в другое. Это похоже на попытку полюбить музыку, рассматривая исключительно нотную запись.

О подходящем возрасте для начала изучения химии

Изучение химии начинается у школьников только в восьмом классе, что представляется запоздалым сроком. Безусловно, нет необходимости знакомить дошкольников со сложными химическими уравнениями. Однако интерес к различным превращениям возникает уже в раннем возрасте, и его необходимо поддерживать.

Дети обладают природной тягой к исследованиям. В возрасте от четырех до пяти лет они с любопытством наблюдают за образованием пены, льда, подъёмом теста, изменениями жидкостей или изменением цвета веществ. Это можно считать первыми шагами в химии – без использования формул, но уже с ключевым вопросом: «Почему происходит именно это?»

Когда моя младшая дочь Феодора посещала детский сад, я регулярно приходил к ней в группу и проводил простые и безопасные опыты: демонстрировал образование пузырьков и кристаллов, показывал, как тепло воздействует на кожу, вызывая ощущение тепла, но не обжигая. Для детей это воспринималось как настоящее волшебство.

Знакомство ребёнка с химией не всегда происходит в школе. Существуют научные шоу, детские праздники с экспериментами, домашние наборы для проведения опытов и познавательные ролики в интернете. Если школа откладывает изучение химии до более старшего возраста, то фактически передаёт развитие детского любопытства развлекательным форматам.

Для успешного освоения химии необходима прочная база знаний. В начальной школе следует ввести детей в мир веществ и смесей, познакомить их с процессами растворения и кристаллизации, а также провести безопасные опыты с использованием индикаторов. В 5–7 классах важно демонстрировать причинно-следственные связи: объяснять, какие изменения происходят, почему они возникают и как это можно описать. Такой подход позволит избежать ощущения сложности при изучении формул в 8 классе, поскольку они предстанут как способ описания явлений, которые ученик уже наблюдал на практике.

О цифровых форматах на уроках химии

Цифровые технологии – ценный инструмент поддержки обучения, однако они не могут полностью заменить реальные химические эксперименты. Восьмиклассникам сложно представить столкновение частиц, механизм протекания реакции, строение кристаллической решетки и перемещение ионов в растворе. В связи с этим симуляции, трехмерные модели, виртуальные лаборатории и качественная анимация позволяют визуализировать процессы, происходящие внутри вещества, делая невидимое доступным для восприятия.

Цифровые инструменты становятся незаменимыми помощниками, когда проведение живых экспериментов связано с высокими затратами или представляет опасность. С их помощью в классе можно продемонстрировать космическую химию, промышленные процессы, работу биореакторов и создание вакуума.

Тем не менее, химия по-прежнему остается наукой, изучающей вещество. Поэтому отказ от практических экспериментов полностью недопустим. Необходимо лично наблюдать за изменением цвета, образованием осадка, выделением газа и освоить работу с растворами. Именно так формируется понимание того, что химия – это реальный мир.

О недостающем в современных уроках химии

В школьной программе по химии зачастую акцент делается на решении математических задач, а не на понимании сути предмета. Например, если ученик может решить задачу о выпадении осадка, но при этом никогда не наблюдал этого процесса своими глазами, для него это лишь упражнение с числовыми обозначениями, лишенное связи с реальной химией.

По моему мнению, в современных уроках химии ощущается дефицит трех ключевых элементов: практической значимости, настоящего эксперимента и возможности совершить исследовательскую ошибку.

Контекст. Химия должна быть тесно связана с повседневной жизнью человека, современными технологиями и перспективами профессиональной деятельности. Почему мясо приобретает румяную корочку при жарке? Что вызывает разряд батарейки? Как функционируют лекарственные препараты, мембранная одежда или аккумулятор в мобильном телефоне? Все эти явления объясняются химическими процессами. Когда ребенок наблюдает проявления химии не только на страницах учебника, но и в окружающем мире, предмет обретает для него смысл.

Опыт. Не требуется представлять каждый урок в виде зрелищного представления. Однако важно, чтобы ребенок систематически взаимодействовал с химическими веществами. Соблюдение техники безопасности должно стать неотъемлемой частью работы с веществом, а не ограничением на проведение экспериментов.

Право на исследовательскую ошибку. На уроке необходимо предусмотреть возможность обсуждения вопроса: «Мы предполагали одно, но получили другое. Что послужило причиной?» Научное познание начинается не с безупречно записанного уравнения, а с анализа причин, приведших к неожиданному результату эксперимента.

Особого внимания заслуживает формулировка «Безопасный исследовательский хаос». Хаос в данном контексте – это не игнорирование правил, а среда, где ребенок может свободно задавать вопросы, проверять выдвинутые гипотезы, допускать ошибки и искать пути их объяснения. История химии свидетельствует о том, что она развивалась именно благодаря такому подходу: мир позволяет не только наблюдать, но и преобразовывать его, при условии грамотного и ответственного подхода.