I химияны оқыту әдістемесінің жалпы мәселелері

Органикалық химияның оқу пәнінің құрылымы мен азмұнын іріктеуде қандай ғылыми критерийлер жатқанын қарастырайық. Мектепте оқытылатын материалдарды іріктеу кездейсоқ емес, ол бағдарламаны құрушылардың жеке қызығушылығына байланыссыз, объективті негізі болады.

Мектепте оқытылатын органикалық қосылыстар кластарын іріктеу. Органикалық химия миллиондаған заттардың кең алқасын қамтиды. Күн санап, ай санап жаңадан синтезделген органикалық заттар саны артуда. Химик органик өзінің ғылыми жұмыс істеу аралығында жүздеген затты қосылыстардың қатары толықтырылып қана қоймай өзгеше құрылымды заттар түзіліп жаңа кластар, жаңа байланыс типтері ашылуы мүмкін.

Осындай органикалық заттрдың алуан түрлілігі мен санының үздіксіз артуы жағдайында мектепте оқытуға жарамды, оқушыларға түсінікті болатын материалды қалай іріктеуге болады? Материалды іріктеу белгілі бір жетекші идеяға байланысты болар?

Ғалымдардың химиялық процестерді зерттеуде негізгі күші тірі ағзалардың жасушаларында өтетін химиялық процестерді зерттеуге бағытталып отыр. Яғни ақуыз заттар қалай түзіледі, ферменттер көмегімен ағзада өтетін синтездер механизмі қандай, энергия өзгерісі негізінде қандай процестер жатыр т.б. сұрақтарға жауап іздеуге бағытталған.

Органикалық химияның негізгі танымдық міндеті биологиялық құбылыстарды молекулалық деңгейде зерттеуде тұр. Жасушада өтетін химиялық процестер анықталып, «ағзаға диалектикалық өтуді» түсіндіреді.

Егер органикалық химия заттардың көмірсутектерден күрделі қосылыстарға дейінгі дамуын зерттесе және өмір құбылыстарының химиялық негізін ашуға бағытталса онда органикалық химия оқу пәні де осы прцесті жаңғыртып, оқушыларды оны түсінуге әкелуі қажет. Осының негізінде органикалық химияның оқу материалы қатарына ағзаның сыртқы ортамен зат алмасуы негізінде түзілген заттар енуі керек. Оларға ақуыз, май, көмірсулар, нуклеин қышқылдары кіреді. Осы аталған заттар арқылы тірі ағзалар сыртқы ортамен зат алмасуы негізінде күрделі материалдық жүйені құрайды.

Органикалық қосылыстар кластарының гомологтық қатарының алуан түрлілігі арасынан іріктеу өте қиын екені белгілі. Мысалы карбон қышқылдарының ішінен бір, көп негізді қаныққан май қатарының қышқылдарын, бір, екі, үш байланысты қышқылдар, әр түрлі негізді оксиқышқылдар, альдего, кето қышқылдар, ароматты оксиқышқылдарды т.б. кездестіреміз. Және ол қышқылдардың көптеген туындылары бар. Ангидрид, галогенангидрид, күрделі эфир, гидразид және азид, нитрил және изонитрил т.б.

Осындай көп түрлі органикалық қосылыстар ішінен органикалық химия оқулығы тек оларды оқымаса май, көмірсу, ақуыз, нуклеин қышқылдары құрылысын ұғу қиын болатындарын ғана қамтуы керек. Осы айтылғандарды ескере отырып, ақуыздарды оқыту үшін амин қышқылдары туралы мәліметтердің берілуі міндетті екенін айтуымыз керек. Ал нуклеин қышқылдарын оқыту үшін алдымен азотты гетероциклді қосылыстар мен моносахаридтерді (пентоза) оқыту, ал майлардың құрылысын білу үшін алдымен спирт, альдегид, кетондарды қарастыру керек.

Амин қышқылдарын оқу үшін алдымен аминдер мен карбон қышқылдарымен танысу, ал майларды күрделі эфирлерді көп атомды спирттер мен қаныққан және қанықпаған қышқылдардан кейін қарастыру қажет.Осы кластардың бәрін оқу үшін ең алдымен көмірсутектер жайлы білім керек. Органикалық химия курсын осы аталған кластарды кері күрделену бағытында оқуға негіздеп құру керек. Яғни көмірсутектерден ақуыздарға, нуклеин қышқылдарына қарай.

Курстың негізгі құрылымын осымен аяқтауға болар еді. Бірақ ароматты қосылыстардың толық тобын сипаттау бұл тізімнен қалып қойып отыр. Органикалық қосылыстардың көп түрлілігі мен ақуыздарды толық оқу үшін және гетероциклдерді түсіну үшін бензол мен оның туындыларын қарастыру керек.

Жоғары мектеп курсында қарастырылатын кейбір тақырыптар мектеп оқулығында кездеспейді. Мысалы: оксиқышқылдар, альдегоқышқылдар, аминоспирттер т.б.

Аталған сұрақты шешуде гомология құбылысы көмекке келеді. Д.И.Менделеев былай деген: «Гомологтар жайлы түсінік органикалық қосылыстарды оқытуда маңызды роль атқарады. Гомологтық қатардың бір мүшесіне сипаттама беру, ол қосылыстың туындыларын сипаттау дегеніміз көптеген гомологтар мен олардың туындылары жайлы жалпы очерк жазып көптеген қосылыстар жүйесі жайлы баяндау дегенді білдіреді».

Шындығында да гомологтар құрылысы мен химиялық қасиеті ұқсас болғандықтан барлық затты оқудың қажеттігі шамалы, тек бірнеше затты қарастыру арқылы гомологтық қатар жайлы мәлімет алуға болады. Гомологтық қатардығы заттарды оқуға материал іріктеу екі критерий негізінде жүзеге асырылады. Ол теориялық және практикалық критерийлер болады. Теориялық критерий бойынша осы заттар мысалында берілген қатар қосылыстарының өзіне тән құрылысы мен типтік қасиеттері басқа кластармен генетикалық байланысы толық берілуі керек. Практикалық критерий бойынша органикалық химияның халық шаруашылығығындағы маңызы мен политехникалық білім беру шарты жатыр.

Бұрынғы оқулықтарда алдымен мысалы метанның құрылысы мен қасиеті, табиғатта кездесуі, қолданылуы жайлы толық беріліп, содан кейін басқа қаныққан көмірсутектерді қолданып гомологтық қатар туралы түсінік берілген. Қанықпаған көмірсутектер мен спирттерді оқу да осылай жүргізілген. Нәтижесінде көп нәрсе қайта-қайта қайталанған. Бейорганикалық қосылыстарды оқу кезінде алынған теориялық білім негізінде заттарды оқуға дедуктивті тәсілмен келу органикалық химия кластарының гомологтық қатарларын оқуда индуктивтік тәсілді қолдануды жеңілдетуге мүмкіндік берді.

Қазіргі кездегі бағдарламада гомологтық қатардың алғашқы өкілдері жайлы түсінік беріліп, қалған аспектілері гомологтық қатар негізінде қарастырылады.

Дегенмен гомология принципі заттарды іріктеуде тек бірден бір принцип емес. Мысалы майлар, көмірсулар, ақуыздарды оқуды осыған негіздеуге болмайды. Кейде класс ішінен қандай да бір нақты затты бөліп көрсетудің қажеті шамалы (күрделі эфирлер, ақуыздар).

Жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып мектептегі органикалық химия курсында оқылатын тақырыптар тізімін анықтауға болады.

Қаныққан көмірсутектер тақырыбын ең біріші метан бастайды. Оның молекуласының электрондық және кеңістік құрылысын анықтау бірсыпыра маңызды теориялық мәселенің бетін ашуға мүмкіндік береді. (sp³ гибридтелу, молекуланың кеңістікте бағытталуы, молекуланың тетраэдр екендігі, арасындағы бұрыштың, төрт байланыстың бірдейлігі т.б.). метан жайлы толық мәлімет (алу, химиялық қасиеті, құрылысы, маңызы) және басқа қаныққан көмірсутектер жайлы мәлімет гомологтық қатарды жалпылай қарастыру кезінде беріледі.

Қаныққпаған көмірсутектер. Бір қос байланысы бар қосылыстардаң қолайлысы әрине этилен. Оның халық шаруашылығындағы маңызы да үлкен. Заттың қасиеттері, алыну әдістері және басқа да жалпы мәселелер гомологтық қатарды тұтас қарастырғанда анықталады. Кейбір жеке заттар туралы қажетті мәліметтер де осы негізде беріледі.

Үш байланысты көмірсутектер мәселесі де осы жолмен шешіледі. Олардың маңыздысы ацетилен. Ацетилен арқылы осындай қосылыстар жайлы мәлімет берген қолайлы.

Диен көмірсутектері туралы мәліметтер дивинил мен изопрен мысалында беріледі. Олардың қасиеттері каучук туралы білім негізін қалауда қолданылады.

Ароматты көмірсутектердің қарапайым өкілі бензол мысалында барлық ерекше қасиеттер анықталады. Сонымен бірге бензолдың практикалық маңызы үлкен. Сондықтан оны оқу жан-жақты болу керек. Ал бензол гомологтарымен танысу қысқа болуы мүмкін. Бұл жерде олардың құрылысын, бензол ядросы мен жанама тізбектің әсерін анықтау маңызды.

Бір атомды спирттер. Оның ішінен екі өкілін қарастыру маңызды. Олар метил және этил спирті. Метил спирті гомологтың біріші өкілі, практикалық маңызы үшкен, бірақ өте улы. Екіншісі тікелей зерттеп, танысуға қолайлы және эксперименттік жолмен құрылысын түсіндіруге ыңғайлы. Осы тұжырым бойынша спирттер құрылысын түсіндіру үшін этилспирті, ал технологиялық аспектісін қарастыру үшін метил спирті алынады.

Фенолдар жайлы мәлімет тек фенолмен танысумен шектеледі.

Альдегидтер класында ең басты қызығушылық туғызатын алғашқы екі өкілі. Альдегидтер құрылысы сірке альдегиді мысалында, қасиеттері формальдегид мысалында түсіндіріледі.

Бір негізді қаныққан қышқылдар туралы білім негізі гомологтық қатарды тұтас қарастыру арқылы іске асырылады. Мысал ретінде әр түрлі қышқылдар алынады. Қышқылдардың жалпы сипаттамасы сірке қышқылы мен құмырысқа қышқылы мысалында және жоғары қышқылдар стеарин мен палмитин қышқылы мысалында қарастырылады.

Қанықпаған қышқылдарды қарастыру радикалдағы С-С байланысының функционалды топтарымен қатынасын көрсету үшін және майларды оқуға оқушыларды дайындау үшін қолданылады. Қанықпаған қышқылдар жайлы мәліметті акрил қышқылы мысалында берген қолайлы. Себебі ол полимер өндірісінде кеңінен қолданылады.

Көмірсулар класына материал іріктегенде олардың биологиялық маңызына жүгінген дұрыс. Осы себепті крахмал мен целлюлоза оқытылады. Дегенмен бұл көмірсулардың құрылысы мен айналуларын түзіну үшін алдымен моносахарид глюкоза оқытылады. Басқа моносахаридтерден нуклеин қышқылдары құрамына кіретін рибоза мен дезоксирибоза оқытылады.

Дисахаридтер аса көп қызығушылық туғызбайды. Бірақ полисахаридтердің сатылы гидролизін түсіну үшін маңызды әрі жиі кездесетін дисахарид сахароза беріледі. Фруктозаны глюкоза иземері ретінде қарастыру сахарозаның гидролиздік айырылуын түсінуде қолайлы.

Май қатары аминдері жайлы мәліметтер алғашқы өкілдері мысалында беріледі. Ароматтыаминдерден анилин қарастырылады.

Аминдерден соң амин қышқылдары оқытылады. Мұнда тек жалпы мәліметтер ғана беріледі.

Осыдан кейін азотты гетероциклді қосылыстарды қарастыру пиридин мен пиррол мысалында өтеді. Яғни пуринді және пиримидинді негіздердің нуклеин қышқылдарын түзуі қарастырылады.

Белок жайлы мәлімет құрамы, құрылысы, қасиеті мен маңызы туралы жалпы түрде қарастырылады.

Нуклеин қышқылдары жайлы мәлімет РНК мен ДНК мысалында беріледі.

Органикалық химия курсының теориялық негізі - А.М.Бутлеров жасаған органикалық заттардың құрылыс теориясы. Аталған теория бензолдың Кекуле ұсынған құрылыс формуласын. Дивинил мен изопренге қосылу реакцияларының, изобутанның орлау реакциясының механизімін т.б. жеке деректерді түсіндіре алмайды. Құрылыс теориясы қазір дәстүрлі теориядан, химиялық байланыстың электрондық табиғаты жөніндегі ілімнен тұрады. Үш теорияның негізі ықшамдалып дидактикалық өңделген түрде мектеп органика курсына кіреді.