www.szkolnictwo.pl

Celem nauczania chemii jest zapoznanie uczniów z  podstawami tej nauki jako nauki przyrodniczej, pokazanie jej związków z innymi dziedzinami oraz ochroną środowiska naturalnego. Znaczącą rolę w tym procesie odgrywa eksperyment, któremu towarzyszyć powinno poznawanie nowoczesnych metod badawczych oraz technik eksponowania wyników badań. Uczniowie, wraz z poznawaniem otaczającej ich rzeczywistości i uczestniczeniem w jej kształtowaniu mogą poznawać samych siebie, rozwijać swoje zdolności, zainteresowania, motywy, postawy. Dobór i rodzaj treści edukacji chemicznej pozwala łączyć wiedzę doświadczalną z wiedzą teoretyczną, co z kolei umożliwia aktywizowanie uczniów procesie nauczania oraz sprawia, ze lekcje mogą być prowadzone w sposób atrakcyjny i ciekawy. Doświadczenia sprawdzające hipotezy powinny byś tak zaprojektowane, aby były podobne do naukowego procesu badawczego i stanowiły integralną część przygotowania ucznia do życia.

Proces poznania – zdobywania wiedzy następuje na drodze zmysłowej, dzięki odbieraniu przez receptory wrażeń z otoczenia oraz na drodze myślowej, przez odzwierciedlenie w naszej świadomości przedmiotów i zjawisk. Po zarejestrowaniu wrażeń następuje formowanie spostrzeżeń, następnie wyobrażeń, tworzenie pojęć, sądów i wniosków. Specyfikę przedmiotów przyrodniczych stanowi oparcie nauczania na pracy eksperymentalnej. Zmysłowe poznanie substancji i zjawisk chemicznych jest źródłem wiedzy z tej dziedziny. Kluczową rolę eksperymentu w nauczaniu chemii podkreślano już w XIXw., kiedy to kierunki filozoficzne w myśli przyrodniczej opierały się na empirycznym procesie poznania. Zakładano, że kształcenie chemiczne powinno być związane z badaniami prowadzonymi zarówno przez nauczycieli jak i przez uczniów (1).
 Zgodnie z zasadą aktywności, uczeń w procesie nauczania może wykazywać aktywność werbalną, sensoryczną, motoryczną i intelektualną. Natężenie tych rodzajów aktywności zależy od roli, jaką dany eksperyment ma spełnić w procesie poznawczym oraz od sposobu jego realizacji. Bardzo dużą wartość dydaktyczną mają eksperymenty nawiązujące do życia codziennego. Zastosowanie odpowiednich obserwacji obiektów i zjawisk jest konieczne przy zdobywaniu umiejętności praktycznego działania.
Rozwiązywanie odpowiednich kompleksów zadań danego rodzaju może przebiegać na różnych poziomach. Jedne polegają na badaniu rzeczywistości i jej opisywaniu, inne mają na celu przedstawienie tych zjawisk na określonym poziomie teoretycznym. W naukach przyrodniczych, w tym chemii, ważne jest to, że problemy badawcze są rozwiązywane empirycznie i teoretycznie. Eksperyment chemiczny jest metodą, która wymaga największej samodzielności i aktywności w działaniu. Nie jest to termin równoznaczny z pojęciem doświadczenia chemicznego, które jest zespołem czynności technicznych prowadzących do określonego efektu (11). Soczewka odróżnia doświadczenia od eksperymentu, który oprócz wykonania czynności manualnych wymaga przygotowania intelektualnego i umiejętności wykorzystania jego wyników. Galska (4) nie stosuje wyraźnego rozróżnienia tych terminów twierdząc, że praca laboratoryjna stanowi podstawę nauczania chemii, a jej wartość dydaktyczna zależy od sytuacji, w jakiej jest stosowana.
Następujący podział eksperymentów chemicznych przedstawiają Burewicz i Gulińska (2):
·          eksperyment o charakterze ilustracyjnym – nauczyciel informuje uczniów o celu i sposobie jego przeprowadzenia oraz podaje obserwacje i wnioski
·          badawczy, czyli taki, w którym nauczyciel kieruje przebiegiem doświadczenia, ale uczniowie sami wyciągają wnioski
·          problemowy, gdzie uczniowie planują przebieg eksperymentu, przeprowadzają go i rozwiązują postawiony wcześniej problem.
Podczas nauczycielskiego pokazu eksperymentu chemicznego brakuje samodzielnego i bezpośredniego uczestnictwa ucznia w procesie badawczym. Współczesne tendencje w nauczaniu przedmiotów przyrodniczych, a wiec także i chemii, zmierzają do takiego  kierowania postępowaniem uczniów, aby proces kształcenia zbliżyć maksymalnie do pracy badawczej. Uczeń przestaje być biernym przedmiotem zabiegów dydaktycznych nauczyciela, ale aktywnie bierze udział w procesie edukacji: dostrzega określony problem, a następnie w wyniku świadomego wysiłku umysłowego formułuje go i rozwiązuje na drodze samodzielnej pracy doświadczalnej.
Eksperyment może zajmować różne miejsca w procesie poznawczym, a więc różne są również jego funkcje w tym procesie.
1.       Funkcja motywacyjna – to dochodzenie, poprzez analizę wyników eksperymentalnych, do nowej, często nieoczekiwanej wiedzy, do nowego opisu zjawisk. W wyniku analizy sytuacji problemowej odkryta zostaje pewna sprzeczność, która zawiera w sobie istotę problemu. Dochodzi do sformułowania problemu, często w formie pytania, postawienie hipotezy i poszukiwanie drogi jej weryfikacji.
2.       Funkcja odkrywcza – to badania różnymi technikami właściwości substancji, zjawisk. Przy poznawaniu właściwości substancji eksperyment jest pierwszym, głównym krokiem procesu poznawczego. Poznawczego następnym etapie zachodzi zbieranie danych i ich klasyfikacja, która jest wynikiem przeprowadzonych doświadczeń. W dalszej kolejności analizowane są dane i prowadzone pierwsze próby uogólnienia zmierzające dookreślenia właściwości badanej substancji. Następnym krokiem jest eksperymentalne sprawdzenie słuszności wyprowadzonych uogólnień.
3.       Funkcja sprawdzająca – to sprawdzenie w praktyce wiedzy zdobytej drogą dedukcji, zgodnie z zasadą „od żywego oglądu do teorii – i stąd do praktyki”. Eksperyment jest następstwem hipotezy teoretycznej, wysuniętej w wyniku symulacji, przeprowadzonej za pomocą modelu (6).
Podczas pracy eksperymentalnej podstawową czynnością poznawczą jest obserwacja, czyli działanie świadomie podejmowane w celu zdobycia wiedz o danym fragmencie rzeczywistości. Przeważająca część wiedzy pochodzi od doznań wzrokowych, które stanowią 90% przyjmowanych wrażeń (8). Za pomocą słuchu człowiek przyjmuje 5% wrażeń, a pozostałe 5% przypada na pozostałe receptory zmysłów. Przedmiotem obserwacji w nauczaniu chemii są substancje i zjawiska. Czynność ta jest podejmowana, aby znaleźć odpowiedź na pytania: „Jakie właściwości ma dana substancja?” lub „Co się dzieje podczas danego procesu?”. Dostrzeganie poszczególnych cech substancji i zjawisk przyczynia się do właściwego kształtowania pojęć przez bezpośredni kontakt z danym materiałem doświadczalnym.
Uzyskane podczas obserwacji informacje muszą być utrwalone przez zapamiętywanie lub zapisane. Opis rezultatów wymaga znajomości odpowiedniej terminologii oraz dokonania porównań, wartościowania. Kształcenie umiejętności skutecznej obserwacji i prawidłowej rejestracji efektów należy do podstawowych zadań dydaktycznych. Umożliwiają one bowiem dalsze poznanie rzeczywistości za pomocą prostych operacji myślowych: analizy, syntezy, porównywania, abstrakcji i uogólniania. Jeżeli zaobserwowane podczas czynności eksperymentalnych zjawiska pokrywają się z procesami przewidywanymi, można stwierdzić, że zakładana hipoteza była prawdziwa.
Wszystkie proste procesy myślowe składają się na operacje złożone. Należy do nich wnioskowanie, w którym na podstawie pewnych udowodnionych twierdzeń dochodzi się do uznania jakiegoś nowego prawa. Wyróżnia się trzy rodzaje wnioskowania. Wnioskowanie dedukcyjne, to „przechodzenie od ogółu do szczegółu”, w którym na podstawie ogólnych założeń przewiduje się fakty, zdarzenia, konkrety. Do wnioskowań zawodnych należy wnioskowanie redukcyjne, polegające na poszukiwaniu kilku racji i ustalaniu, która z nich jest istotna. Z kolei wnioskowanie indukcyjne, które polega na przechodzeniu „od szczegółu do ogółu” prowadzi do ustalenia, na podstawie konkretów, wniosków i uogólnień, czyli do poziomu praw i teorii (7). Chemia jako nauka empiryczna doskonale nadaje się do kształcenia rozumowania indukcyjnego uczniów, a po zdobyciu przez nich pewnej wiedzy także do rozumowania dedukcyjnego.
Metoda eksperymentu chemicznego jest stosowana przy rozwiązywaniu zadań problemowych. Może on stanowić pewien etap rozwiązania lub może być rozwiązaniem bezpośrednim problemu. W drugim przypadku jest on podporządkowany teoretycznemu procesowi poznania – jest sterowany przez teorię. Ważnymi etapami eksperymentu są: sformułowanie celu, przygotowanie i planowanie doświadczeń (zabezpieczenie odpowiednich materiałów od strony technicznej), przeprowadzenie eksperymentu, opracowanie wyników (podsumowanie efektów obserwacji i pomiaru, ich uogólnianie, konfrontacja ze stanem wyjściowym). Sprawdzanie, czyli weryfikacja jest postępowaniem zmierzającym do podjęcia decyzji, czy dane przypuszczenie – hipoteza - jest prawdziwe, prawdopodobne, czy też fałszywe. Niezbędne jest, by uczeń przystępujący do rozwiązywania zadania dysponował już określonym zasobem wiedzy, ale by równocześnie nie znał jeszcze odpowiedzi. Zadania problemowe, które można wykorzystać w praktyce szkolnej, przedstawia Konieczna (6). Adresowane są głównie do uczniów szkół ponadgimnazjalnych, ale niektóre mogą być wykorzystane również w gimnazjum.
Przykładem,  odpowiednim do wykorzystania w gimnazjum i szkole ponadgimnazjalnej (poziom podstawowy), jest zadanie problemowe: „Wykazanie złożonej budowy skrobi”. 
1.       Sytuacja problemowa:
Uczniowie otrzymują do żucia kawałek skórki od chleba. Stwierdzają, że na początku skórka nie jest słodka, natomiast po dłuższym żuciu pojawia się w ustach słodki smak.
2.       Sformułowanie problemu:
Dlaczego po dłuższym żuciu chleba odczuwany jest słodki smak?
3.       Niezbędna wiedza:
o         Właściwości cukrów prostych i disacharydów: stan skupienia, smak, rozpuszczalność w wodzie.
o         Właściwości redukujące glukozy.
o         Hydroliza cukrów prostych pod wpływem katalitycznego działania kwasów.
o         Skrobia jest węglowodanem (bez znajomości wzoru).
o         Występowanie skrobi.
o         Rola skrobi w organizmach roślinnych i zwierzęcych.
o         Reakcja charakterystyczna skrobi z jodem.
4.       Sytuacja problemowa:
Chleb produkowany jest z mąki. Mąka zawiera skrobię. Skrobia jest węglowodanem. Skrobia nie ma słodkiego smaku. Rozdrabnianie w ustach skórki chleba (a więc skrobi) przebiega z udziałem śliny. Odczuwanie słodkiego smaku wskazuje na powstanie ze skrobi węglowodanów o słodkim smaku.
5.       Sformułowanie hipotezy:
H1. Jeżeli skrobia jest cukrem prostym, to powinna rozpuszczać się w wodzie i wykazywać właściwości redukujące.
H2.Jeżeli skrobia jest disacharydem, to także powinna się rozpuszczać w wodzie i ulegać reakcji hydrolizy.
H3. Jeżeli skrobia nie jest cukrem prostym ani disacharydem, lecz węglowodanem bardziej złożonym, to również mogłaby ulegać hydrolizie.
6.       Weryfikacja eksperymentalna:
a/ Planowanie doświadczeń
o         Badanie rozpuszczalności skrobi w wodzie.
o         Reakcja kleiku skrobiowego z Cu(OH)2 (próba Trommera).
o         Ogrzewanie kleiku skrobiowego z dodatkiem śliny (do temp. 40°C).
o         Gotowanie kleiku skrobiowego z dodatkiem roztworu HCl.
o         Przeprowadzenie w obydwu przypadkach ogrzewania kleiku skrobiowego:
- reakcji charakterystycznej z jodem
- reakcji z Cu(OH)2 (próba Trommera).
      b/ Wykonanie doświadczeń.
      c/ Wyniki doświadczeń:
o         Skrobia nie rozpuszcza się w wodzie, nie może więc być cukrem prostym ani disacharydem.
o         Reakcja kleiku skrobiowego z Cu(OH)2 daje wynik negatywny, czyli skrobia nie ma właściwości redukujących i nie może być węglowodanem podobnym do glukozy.
o         Produkty, które powstają podczas ogrzewania kleiku skrobiowego ze śliną i gotowania go z roztworem HCl:
- nie wykazują reakcji charakterystycznej z jodem, można zatem wnioskować, że podczas tych procesów skrobia znika
- reagują z Cu(OH)2 w taki sposób jak glukoza, na podstawie czego można przypuszczać, że skrobia ulega hydrolizie i powstaje glukoza.
    7. Sformułowanie odpowiedzi:
A.       Wyniki przeprowadzonych doświadczeń wskazują, że słuszna może być tylko hipoteza H3.
B.       Skrobia jest węglowodanem bardziej złożonym niż glukoza i disacharydy.
C.      Słodki smak chleba pochodzi od glukozy powstałej w wyniku hydrolizy skrobi wywołanej obecnością enzymów w ślinie.
D.      Skrobia jest polisacharydem. Jej cząsteczki zbudowane są z dużej liczby reszt glukozowych: (C6H10O5)n.
Wskazówki heurystyczne (stosowane w miarę potrzeby):
W1. Do jakiej grupy związków należy skrobia?
W2. Czy skrobia jest cukrem prostym?
W3. Czy skrobia jest disacharydem?
W4. Czy skrobia jest węglowodanem o innej budowie niż cukry proste?
Problemy wymagające rozwiązania eksperymentalnego, szczególnie zaś te, w których doświadczenie jest bezpośrednim źródłem poznania, odgrywają ważną rolę w nauczaniu chemii. Eksperyment zastosowany podczas rozwiązywania zadania wymagającego odkrywania, stanowi podstawę obserwacji, dzięki której można ustalić dany stan rzeczy lub zbadać dane zjawisko w sposób bezpośredni. Eksperymentalna metoda badawcza jest metodą poznawczą, służącą sprawdzeniu następstw wynikających z hipotez. Zasadność hipotez musi być gruntownie sprawdzona, wynik wyjaśniony, wnioski sformułowane. Doświadczenia sprawdzające hipotezy powinny byś tak zaprojektowane, aby były podobne do naukowego procesu badawczego i stanowiły integralną część przygotowania ucznia do życia.
Celem nauczania chemii jest zapoznanie uczniów z  podstawami tej nauki jako nauki przyrodniczej, pokazanie jej związków z innymi dziedzinami oraz ochroną środowiska naturalnego. Znaczącą rolę w tym procesie odgrywa eksperyment, któremu towarzyszyć powinno poznawanie nowoczesnych metod badawczych oraz technik eksponowania wyników badań (2). Uczniowie, wraz z poznawaniem otaczającej ich rzeczywistości i uczestniczeniem w jej kształtowaniu mogą poznawać samych siebie, rozwijać swoje zdolności, zainteresowania, motywy, postawy (10). Dobór i rodzaj treści edukacji chemicznej pozwala łączyć wiedzę doświadczalną z wiedzą teoretyczną, co z kolei umożliwia aktywizowanie uczniów procesie nauczania oraz sprawia, ze lekcje mogą być prowadzone w sposób atrakcyjny i ciekawy.
Eksperyment spełnia ważną funkcję w rozwijaniu zainteresowania uczniów procesami występującymi wokół nich wówczas, gdy wyjaśnia on mechanizmy, które uczniowie dostrzegali wcześniej, ale nie mogli zrozumieć ich istoty z braku odpowiedniej wiedzy. Właściwe zastosowanie eksperymentu spowoduje, iż będą oni szukać tych procesów otoczeniu. Sprzyja to kształtowaniu uważnej, dociekliwej postawy uczniów stosunku do obiektów najbliższego środowiska. Chęć poznawania nowych zjawisk, niezadowolenie ze swej dotychczasowej, niepełnej wiedzy na ich temat, stanowi źródło motywacji do nauki. Uczniowie odczuwają, że poznanie nowego prawa, znalezienie odpowiedzi na pytanie typu: „Dlaczego…?”, „Jak to wyjaśnić…?”, jest im niezbędne (5). Wartość uzyskanej wiedzy zależy w dużym stopniu od jej trwałości. Na zapamiętanie ma duży wpływ zmysłowe zetknięcie się z poznawaną rzeczywistością (9). Zdobyte dzięki obserwacjom obiektów i doświadczeń wiadomości służą następnie do właściwego rozumienia problemów, będących treścią nauczania, pomagają zrozumieć właściwości i zachowanie faktycznie istniejących obiektów, a także pojęć oraz  praw i teorii abstrakcyjnych. Stosowanie eksperymentu chemicznego jest niezbędne dla kształcenia umiejętności praktycznego działania, co jest jednym z zadań w dydaktyce chemii.
Literatura:
1.     Bergandy W.: Od alchemii do chemii kwantowej, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 1997
2.     Burewicz A., Gulińska H. i in.: Dydaktyka chemii, Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 1993
3.     Burewicz A., Jagodziński P., Wolski R.: Eksperymentalne przedstawienie wybranych reakcji w liceum, „Chemia w szkole” 1/2002
4.     Galska-Krajewska A., Pazdro K.: Dydaktyka chemii, PWN, Warszawa 1990
5.     de Jong O.: Charakterystyka europejskich badań w dziedzinie dydaktyki chemii, „Chemia w szkole” 2/1996
6.     Konieczna M.: Eksperymentalne rozwiązywanie zadań problemowych w chemii, WSiP, Warszawa 1992
7.     Konieczna M.: Zasady dydaktyczne w kształceniu chemicznym, WSiP, Warszawa 1991
8.     Lewicki B.: Wprowadzenie do wiedzy o filmie, Ossolineum, Wrocław 1964
9.     Nędzyński L.: Epiprojekcja doświadczeń chemicznych, PWN, Warszawa 1992
10.   Skrok K.: Uczyć chemii, to również wychowywać, „Chemia w szkole” 4/1997
11.   Soczewka J.: Podstawy nauczania chemii, WSiP Warszawa 1977