Реализация основных экологических аспектов при изучении химии
Аннотация: Рассматриваются основные экологические аспекты при изучении химии: химико-экологические задачи, химический эксперимент и научно-исследовательский проект с экологической направленностью, реализация которых, позволит сформировать экологическое сознание и мышление обучающихся на основе жизненной позиции.
Ключевые слова: экологическое образование, химия, экологические аспекты: задачи, химический эксперимент, научно-исследовательский проект.
Сложившаяся экологическая обстановка в мире ставит перед человеком важную задачу – сохранение экологических условий жизни в биосфере. В связи с этим остро встает проблема формирования экологической образованности нынешнего и будущего поколений. Отношение к природе приобрело социальную значимость, стало нравственным принципом. Поэтому важность экологического образования и воспитания в современном мире нельзя недооценивать: оно должно стать одной из приобретенных задач современного образования. Многие ученые и практики с уверенностью заявляют, что будущее планеты зависит от того, насколько экологически грамотным будет подрастающее поколение.
Развитие научно-технического прогресса в совокупности с антропогенной деятельностью человека привело к возникновению серьезных экологических проблем: парникового эффекта, кислотных осадков, загрязнению среды токсикантами, разрушению озонового слоя с образованием озоновых дыр, фотохимических смогов. Для эффективного решения проблемы взаимоотношения природы и общества необходимо наличие экологического сознания и мышления. Особое значение в формировании их принадлежит экологическому воспитанию и образованию. Сегодня экологическое образование и воспитание можно рассматривать как один из элементов общего образования, направленный на овладение обучающимися научными основами взаимодействия природы и человека.
Решение современных экологических задач требует комплексного подхода, который включает естественные, социальные и гуманитарные науки. В задачи экологического образования и воспитания входят: усвоение научных знаний о природе, овладение нормами поведения в окружающей среде, активизация практической и научной деятельности обучающихся по охране и улучшению природной среды, развитие потребности общаться с природой и т.д.
Экологическое образование может реализоваться через все учебные предметы. Поэтому для решения этой задачи необходима их экологизация, но особая роль здесь отводится химии. Химия – это предмет, при изучении которого экологические аспекты можно отражать практически на каждом уроке, а также во внеурочной деятельности. [1]
Для реализации экологического образования и воспитания в учебном процессе за основу можно взять любую программу школьного курса химии, сделав необходимые коррективы. Актуальность проблемы и заключается в том, что экологизация школьного курса раскрывает особую роль химии в решении существующих экологических проблем, позволяет повысить интерес обучающихся к исследовательской работе по изучению состояния окружающей среды, воспитать бережное отношение к природе.
На занятиях по химии углубляются знания о взаимосвязи состава, строения, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе; о химической сущности круговорота веществ в биосфере, биологической взаимозаменяемости химических элементов и последствиях этого процесса для организма, причинах нарушения биохимических циклов, показываются стратегии борьбы с химическим загрязнением в биосфере, дается уже четкое представление о безотходном экологически чистом производстве. Учитывая глобальность экологических проблем, с учетом регионального компонента, преподаватель химии должен постоянно вести активный поиск путей совершенствования экологического образования и воспитания обучающихся. Одним из эффективных методов формирования экологических знаний и умений является решение расчётных и творческих задач с экологической направленностью, информация которых должна быть связана с программным материалом и реальными экологическими проблемами. Оптимальное использование таких задач в учебном процессе позволяет делать теоретический материал аргументированным, жизненным и менее академичным.
При составлении задач необходимо учитывать следующие методические правила:[2]
-условия задач и результаты их решения должны содержать практически значимую информацию;
-информация должна быть тесно связана с программным материалом и реальными экологическими проблемами;
-задачи должны быть поставлены для обучающихся данного класса;
-решение задач должно опираться на комплекс знаний по разным предметам.
Химико-экологические задачи и вопросы делятся по содержанию на три типа:
-задачи с химической характеристикой природных объектов, которые позволяют выявить экологические проблемы, связанные с нарушением равновесия в биосферных процессах и биохимических циклах, а также формировать систему знаний о природных объектах; источниках загрязнения природной среды;
- задачи, в которых отражены вопросы разработки мер по предотвращению негативных последствий антропогенного воздействия, раскрыта сущность новых способов утилизации бытовых и промышленных отходов;
-о природозащитных мероприятиях и ликвидации последствий загрязнения.
В качестве примера, можно предложить обучающимся (в 8-9 классах) следующие задачи с экологическим содержанием и др. [5]
Задача 1. Фтор поступает в организм человека с продуктами питания и водой. В некоторых регионах содержание фторидов в питьевой воде в перерасчете на NaF составляет 2 мг/л. Считая, что в среднем человек потребляет в сутки 2 литра воды, вычислите массу фтора, вводимую ежедневно в организм человека.
Решение:
n (NaF) = 2 мг/42г/моль=0,047 моль
n (NaF)=n(F)=0,047=0,047моль
m(F)=0,047×19=0,9 мг(F)
на 1 литр приходится 0,9 мг(F)
на 2 литра – Х
Х=1,8 мг
Ответ: 1,8 мг
Задача 2. В комнате разбился ртутный градусник. В нем находится 0,5г ртути. Вредно ли это для окружающих людей, если ПДК ртути 0,005 мг/м3 (высота комнаты составляет – 2,5м, длина 3м, ширина – 5м)?
Решение:
1. Vком = 2,5×3×3=37,5 м3
2. 0,5×103мг/ 37,5 м3= 13,3 мг/м3
Ответ: 13,3 мг/м3 - вредно
Задача 3. Выживут ли караси в озере объемом 500000 м 3, в воду которого попало 100 м 3 сточных вод сернокислотного завода, содержащих 1600 кг оксида серы (VI).
Токсическая концентрация серной кислоты для карасей равна 138 мг/л.
Решение: SO3 + H2O = H2SO4
m (SO3)=m/М=1600×1000/80 = 20×103 моль
m (H2SO4) = n(SO3)= 20×103 моль
m (H2SO4) = n×M = 20×104 ×98г/моль = 1960×103г=1960×103 мг
m (р-ра) = 500000 м3 + 100м3 =5001×105 л
С(H2SO4) = , что меньше токсической концентрации.
Ответ: 3,92 мг/л
Творческие и проблемные задачи с экологическим содержанием должны быть рассчитаны на проблемное обучение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленной реальной учебно-познавательной проблемы. Решение таких задач позволяет существенно повысить и закрепить качество экологических знаний и умений обучающихся. Сориентировать их на общечеловеческие ценности, заложить основы экологического мышления и на его базе эффективно формировать этические и нравственные установки на уровне экологического сознания. Обучающиеся осваивают методику решения подобных типов задач, а также, что не мало важно, осознают роль химии в решении экологических проблем, разрушая стереотип о химии, как о «враге» окружающей среды.
Решение химико-экологических задач, с учетом регионального компонента, способствует формированию экологических знаний и умений обучающихся, более полному и глубокому пониманию ими существа глобальных и региональных экологических проблем.
Важным аспектом для формирования экологических знаний и умений обучающих является химический эксперимент с экологическим содержанием.
Химический эксперимент – неотъемлемая часть обучения химии. В условиях экологизации химического образования его роль заметно возрастает: он становится активным методам изучения окружающей среды, формирования и совершенствования знаний в области химии, экологии и охраны природы; с его помощью воспитывается нравственное отношение к окружающему миру. [3]
На базе МБОУ СОШ №11 имени Ф.Ф. Ушакова в 9х классах мною был апробирован и внедрен в учебный процесс химический эксперимент с экологическим содержанием по темам: «Вода. Растворы», «Азот и его соединения», «Галогены» и др., что позволило сделать восприятие теоретического материала более активным, эмоциональным, творческим. Обучающиеся получили возможность освоить методику определения жесткости исследуемой природной воды, наличие ионов главного солевого состава и ионов тяжелых металлов, содержание нитрат-ионов (NO3 -) и др. параметры.
Химический эксперимент с экологическим содержанием способствовал формированию у обучающихся интереса к изучению данной темы и к предмету химии в целом, позволил обратить внимание обучающихся на изменения, протекающие в окружающей среде, под влиянием антропогенных факторов, сформировать экологические знания и умения.
В 9-х классах в завершении изучения темы «Азот и его соединения» я реализовала научно-исследовательский проект «Определение нитратов в продуктах питания и их биологическое влияние на здоровье человека», который выполняли в 3 этапа: выбор темы и предмета проектной деятельности, литературный обзор: учебно-методической и научной литературы по теме проекта, химический эксперимент и обсуждение его результатов, защита научно-исследовательского проекта с использованием мультимедийных средств.
Присутствие нитратов в растениях – нормальное явление, так как они являются источниками азота, но избыточное содержание их в продуктах питания крайне нежелательно.
Токсическое действие нитратов на организм человека обусловлено тем, что нитраты, превратившись в желудочно-кишечном тракте в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам – в результате может наблюдаться удушье.
нитраты®нитриты®нитрозамины, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.
Результаты определения нитратов в овощах представлены в таблице.
Таблица 1. Определение нитрат-ионов в различных овощных культурах
№
Исследуемое
растение
Часть
Содержание нитратов
мг/кг
2018г
ПДК[1]
мг/кг
1
Картофель
(Solánumtuberósum)
а) под кожурой
б) середина
250
0
250
2
Капуста
(Brássica)
а) кочерыжка
б) середина
в) верхний лист
3000
250
1000
500
3
Капуста
пекинская
(Brassica Pekinensis)
а) листья
б) проводящая система
1000
250
800
4
Огурец
(Cucumis sativus)
а) под кожурой
б) середина
в) основание
500
100
1000
400
5
Редис
(Raphanus sativus)
а) основание
а) середина
б) вершина
500
3000
>3000
1500
6
Лук
Репчатый
(Állium)
0
100
80
7
Чеснок
(Állium)
250
400
8
Кабачок
(Cucurbita pepo)
а) кожура
б) середина
100
0
400
9
Редька белая
(Ráphanus)
а) середина
б) основание
>3000
3000
1000
Из которой следует, что содержание нитратов существенно превышает предельно допустимую концентрацию в исследуемых образцах, особенно в белокочанной и пекинской капусте, редис, редька белая, черная, огурец и т.д.
Особенно велико содержание нитратов в с/х продукции, выращенной в теплице. Причины накопления нитратов связаны с видовой принадлежностью овощной продукции, их содержанием в определенных частях овощей, а также с условиями выращивания этой культуры.
Апробация данного проекта позволила обучающимся овладеть методами научного познания в процессе самостоятельного поиска, сформировать мотивацию, потребность такого рода деятельности. Проект повлиял на развитие индивидуальности каждого обучающегося, интегрировал обучающие и развивающие аспекты обучения.[4]
Таким образом, использование важных экологических аспектов: химический эксперимент, задачи и упражнения с экологическим содержанием; научно-исследовательский проект с экологической направленностью, позволило обучающимся осознать роль химии в решении экологических проблем, повысить интерес к изучению химии в целом, исследовательской работе по изучению состояния окружающей среды, воспитать бережное отношение к природе. Однако, задачи по формированию экологической образованности обучающихся могут быть решены при условии, если механизм интеграции в системе «природа-человек» будет использоваться не только при изучении экологизированного курса химии, но и других предметов естественного и гуманитарного цикла школьной программы.
Примечания:
1. Егорова Н.В. Вопросы экологического образования при изучении химии// Химия в школе. – 2001, -№5. –с, 46-50
2. Очерет Н.П., Шевченко Ж.В. Задачи и упражнения по химии с экологическим содержанием: Учебное пособие. –Майкоп: Изд-во АГУ, 2004. -160с.
3. Аршанский Е.Я. Химический эксперимент в гуманитарных классах/Е.Я. Аршанский// Химия в школе. – 2002. - №2.-с.63-68
4. Желязнякова, Ю.В. Учебно-исследовательские экологические проекты/Ю.В. Железнякова, В.Н. Назаренко //Химия в школе. – 2006, -№3 –с.52-56
[1] ПДК – Предельно допустимая концентрация
Аннотация: Рассматриваются основные экологические аспекты при изучении химии: химико-экологические задачи, химический эксперимент и научно-исследовательский проект с экологической направленностью, реализация которых, позволит сформировать экологическое сознание и мышление обучающихся на основе жизненной позиции.
Ключевые слова: экологическое образование, химия, экологические аспекты: задачи, химический эксперимент, научно-исследовательский проект.
Сложившаяся экологическая обстановка в мире ставит перед человеком важную задачу – сохранение экологических условий жизни в биосфере. В связи с этим остро встает проблема формирования экологической образованности нынешнего и будущего поколений. Отношение к природе приобрело социальную значимость, стало нравственным принципом. Поэтому важность экологического образования и воспитания в современном мире нельзя недооценивать: оно должно стать одной из приобретенных задач современного образования. Многие ученые и практики с уверенностью заявляют, что будущее планеты зависит от того, насколько экологически грамотным будет подрастающее поколение.
Развитие научно-технического прогресса в совокупности с антропогенной деятельностью человека привело к возникновению серьезных экологических проблем: парникового эффекта, кислотных осадков, загрязнению среды токсикантами, разрушению озонового слоя с образованием озоновых дыр, фотохимических смогов. Для эффективного решения проблемы взаимоотношения природы и общества необходимо наличие экологического сознания и мышления. Особое значение в формировании их принадлежит экологическому воспитанию и образованию. Сегодня экологическое образование и воспитание можно рассматривать как один из элементов общего образования, направленный на овладение обучающимися научными основами взаимодействия природы и человека.
Решение современных экологических задач требует комплексного подхода, который включает естественные, социальные и гуманитарные науки. В задачи экологического образования и воспитания входят: усвоение научных знаний о природе, овладение нормами поведения в окружающей среде, активизация практической и научной деятельности обучающихся по охране и улучшению природной среды, развитие потребности общаться с природой и т.д.
Экологическое образование может реализоваться через все учебные предметы. Поэтому для решения этой задачи необходима их экологизация, но особая роль здесь отводится химии. Химия – это предмет, при изучении которого экологические аспекты можно отражать практически на каждом уроке, а также во внеурочной деятельности. [1]
Для реализации экологического образования и воспитания в учебном процессе за основу можно взять любую программу школьного курса химии, сделав необходимые коррективы. Актуальность проблемы и заключается в том, что экологизация школьного курса раскрывает особую роль химии в решении существующих экологических проблем, позволяет повысить интерес обучающихся к исследовательской работе по изучению состояния окружающей среды, воспитать бережное отношение к природе.
На занятиях по химии углубляются знания о взаимосвязи состава, строения, свойств и биологической функции веществ, их двойственной роли в живой природе; о химической сущности круговорота веществ в биосфере, биологической взаимозаменяемости химических элементов и последствиях этого процесса для организма, причинах нарушения биохимических циклов, показываются стратегии борьбы с химическим загрязнением в биосфере, дается уже четкое представление о безотходном экологически чистом производстве. Учитывая глобальность экологических проблем, с учетом регионального компонента, преподаватель химии должен постоянно вести активный поиск путей совершенствования экологического образования и воспитания обучающихся. Одним из эффективных методов формирования экологических знаний и умений является решение расчётных и творческих задач с экологической направленностью, информация которых должна быть связана с программным материалом и реальными экологическими проблемами. Оптимальное использование таких задач в учебном процессе позволяет делать теоретический материал аргументированным, жизненным и менее академичным.
При составлении задач необходимо учитывать следующие методические правила:[2]
-условия задач и результаты их решения должны содержать практически значимую информацию;
-информация должна быть тесно связана с программным материалом и реальными экологическими проблемами;
-задачи должны быть поставлены для обучающихся данного класса;
-решение задач должно опираться на комплекс знаний по разным предметам.
Химико-экологические задачи и вопросы делятся по содержанию на три типа:
-задачи с химической характеристикой природных объектов, которые позволяют выявить экологические проблемы, связанные с нарушением равновесия в биосферных процессах и биохимических циклах, а также формировать систему знаний о природных объектах; источниках загрязнения природной среды;
- задачи, в которых отражены вопросы разработки мер по предотвращению негативных последствий антропогенного воздействия, раскрыта сущность новых способов утилизации бытовых и промышленных отходов;
-о природозащитных мероприятиях и ликвидации последствий загрязнения.
В качестве примера, можно предложить обучающимся (в 8-9 классах) следующие задачи с экологическим содержанием и др. [5]
Задача 1. Фтор поступает в организм человека с продуктами питания и водой. В некоторых регионах содержание фторидов в питьевой воде в перерасчете на NaF составляет 2 мг/л. Считая, что в среднем человек потребляет в сутки 2 литра воды, вычислите массу фтора, вводимую ежедневно в организм человека.
Решение:
n (NaF) = 2 мг/42г/моль=0,047 моль
n (NaF)=n(F)=0,047=0,047моль
m(F)=0,047×19=0,9 мг(F)
на 1 литр приходится 0,9 мг(F)
на 2 литра – Х
Х=1,8 мг
Ответ: 1,8 мг
Задача 2. В комнате разбился ртутный градусник. В нем находится 0,5г ртути. Вредно ли это для окружающих людей, если ПДК ртути 0,005 мг/м3 (высота комнаты составляет – 2,5м, длина 3м, ширина – 5м)?
Решение:
1. Vком = 2,5×3×3=37,5 м3
2. 0,5×103мг/ 37,5 м3= 13,3 мг/м3
Ответ: 13,3 мг/м3 - вредно
Задача 3. Выживут ли караси в озере объемом 500000 м 3, в воду которого попало 100 м 3 сточных вод сернокислотного завода, содержащих 1600 кг оксида серы (VI).
Токсическая концентрация серной кислоты для карасей равна 138 мг/л.
Решение: SO3 + H2O = H2SO4
m (SO3)=m/М=1600×1000/80 = 20×103 моль
m (H2SO4) = n(SO3)= 20×103 моль
m (H2SO4) = n×M = 20×104 ×98г/моль = 1960×103г=1960×103 мг
m (р-ра) = 500000 м3 + 100м3 =5001×105 л
С(H2SO4) = , что меньше токсической концентрации.
Ответ: 3,92 мг/л
Творческие и проблемные задачи с экологическим содержанием должны быть рассчитаны на проблемное обучение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленной реальной учебно-познавательной проблемы. Решение таких задач позволяет существенно повысить и закрепить качество экологических знаний и умений обучающихся. Сориентировать их на общечеловеческие ценности, заложить основы экологического мышления и на его базе эффективно формировать этические и нравственные установки на уровне экологического сознания. Обучающиеся осваивают методику решения подобных типов задач, а также, что не мало важно, осознают роль химии в решении экологических проблем, разрушая стереотип о химии, как о «враге» окружающей среды.
Решение химико-экологических задач, с учетом регионального компонента, способствует формированию экологических знаний и умений обучающихся, более полному и глубокому пониманию ими существа глобальных и региональных экологических проблем.
Важным аспектом для формирования экологических знаний и умений обучающих является химический эксперимент с экологическим содержанием.
Химический эксперимент – неотъемлемая часть обучения химии. В условиях экологизации химического образования его роль заметно возрастает: он становится активным методам изучения окружающей среды, формирования и совершенствования знаний в области химии, экологии и охраны природы; с его помощью воспитывается нравственное отношение к окружающему миру. [3]
На базе МБОУ СОШ №11 имени Ф.Ф. Ушакова в 9х классах мною был апробирован и внедрен в учебный процесс химический эксперимент с экологическим содержанием по темам: «Вода. Растворы», «Азот и его соединения», «Галогены» и др., что позволило сделать восприятие теоретического материала более активным, эмоциональным, творческим. Обучающиеся получили возможность освоить методику определения жесткости исследуемой природной воды, наличие ионов главного солевого состава и ионов тяжелых металлов, содержание нитрат-ионов (NO3 -) и др. параметры.
Химический эксперимент с экологическим содержанием способствовал формированию у обучающихся интереса к изучению данной темы и к предмету химии в целом, позволил обратить внимание обучающихся на изменения, протекающие в окружающей среде, под влиянием антропогенных факторов, сформировать экологические знания и умения.
В 9-х классах в завершении изучения темы «Азот и его соединения» я реализовала научно-исследовательский проект «Определение нитратов в продуктах питания и их биологическое влияние на здоровье человека», который выполняли в 3 этапа: выбор темы и предмета проектной деятельности, литературный обзор: учебно-методической и научной литературы по теме проекта, химический эксперимент и обсуждение его результатов, защита научно-исследовательского проекта с использованием мультимедийных средств.
Присутствие нитратов в растениях – нормальное явление, так как они являются источниками азота, но избыточное содержание их в продуктах питания крайне нежелательно.
Токсическое действие нитратов на организм человека обусловлено тем, что нитраты, превратившись в желудочно-кишечном тракте в нитриты, попадают в кровь и окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трехвалентное. При этом образуется метгемоглобин, не способный переносить кислород к тканям и органам – в результате может наблюдаться удушье.
нитраты®нитриты®нитрозамины, обладающие канцерогенным и мутагенным действием.
Результаты определения нитратов в овощах представлены в таблице.
Таблица 1. Определение нитрат-ионов в различных овощных культурах
№
Исследуемое
растение
Часть
Содержание нитратов
мг/кг
2018г
ПДК[1]
мг/кг
1
Картофель
(Solánumtuberósum)
а) под кожурой
б) середина
250
0
250
2
Капуста
(Brássica)
а) кочерыжка
б) середина
в) верхний лист
3000
250
1000
500
3
Капуста
пекинская
(Brassica Pekinensis)
а) листья
б) проводящая система
1000
250
800
4
Огурец
(Cucumis sativus)
а) под кожурой
б) середина
в) основание
500
100
1000
400
5
Редис
(Raphanus sativus)
а) основание
а) середина
б) вершина
500
3000
>3000
1500
6
Лук
Репчатый
(Állium)
0
100
80
7
Чеснок
(Állium)
250
400
8
Кабачок
(Cucurbita pepo)
а) кожура
б) середина
100
0
400
9
Редька белая
(Ráphanus)
а) середина
б) основание
>3000
3000
1000
Из которой следует, что содержание нитратов существенно превышает предельно допустимую концентрацию в исследуемых образцах, особенно в белокочанной и пекинской капусте, редис, редька белая, черная, огурец и т.д.
Особенно велико содержание нитратов в с/х продукции, выращенной в теплице. Причины накопления нитратов связаны с видовой принадлежностью овощной продукции, их содержанием в определенных частях овощей, а также с условиями выращивания этой культуры.
Апробация данного проекта позволила обучающимся овладеть методами научного познания в процессе самостоятельного поиска, сформировать мотивацию, потребность такого рода деятельности. Проект повлиял на развитие индивидуальности каждого обучающегося, интегрировал обучающие и развивающие аспекты обучения.[4]
Таким образом, использование важных экологических аспектов: химический эксперимент, задачи и упражнения с экологическим содержанием; научно-исследовательский проект с экологической направленностью, позволило обучающимся осознать роль химии в решении экологических проблем, повысить интерес к изучению химии в целом, исследовательской работе по изучению состояния окружающей среды, воспитать бережное отношение к природе. Однако, задачи по формированию экологической образованности обучающихся могут быть решены при условии, если механизм интеграции в системе «природа-человек» будет использоваться не только при изучении экологизированного курса химии, но и других предметов естественного и гуманитарного цикла школьной программы.
Примечания:
1. Егорова Н.В. Вопросы экологического образования при изучении химии// Химия в школе. – 2001, -№5. –с, 46-50
2. Очерет Н.П., Шевченко Ж.В. Задачи и упражнения по химии с экологическим содержанием: Учебное пособие. –Майкоп: Изд-во АГУ, 2004. -160с.
3. Аршанский Е.Я. Химический эксперимент в гуманитарных классах/Е.Я. Аршанский// Химия в школе. – 2002. - №2.-с.63-68
4. Желязнякова, Ю.В. Учебно-исследовательские экологические проекты/Ю.В. Железнякова, В.Н. Назаренко //Химия в школе. – 2006, -№3 –с.52-56
[1] ПДК – Предельно допустимая концентрация
