"Исследовательская деятельность обучающихся как приоритетное направление работы по формированию экологической культуры обучающихся при обучении химии"

Введение

Проблема межпредметных связей интересовала педагогов еще в далеком прошлом. Я.А. Коменский выступал за взаимосвязанное изучение грамматики и философии, философии и литературы, Джон Локк - истории и географии. В России значение межпредметных связей обосновывали В.Ф. Одоевский, К.Д. Ушинский и другие педагоги. В советское время много внимания этому вопросу уделяла Н. К. Крупская.

В настоящее время, пожалуй, нет необходимости доказывать важность и необходимость использования межпредметных связей в процессе преподавания.

Современный этап развития науки характеризуется взаимопроникновением наук друг в друга.

Связь между учебными предметами является, прежде всего, отражением объективно существующей связи между отдельными науками и связи наук с техникой, с практической деятельностью людей, определяет роль изучаемого предмета в будущей жизни.

Межпредметные связи являются конкретным выражением интеграционных процессов, происходящих сегодня в науке и в жизни общества.

Установление межпредметных связей на уроках помогает формированию у учащихся цельного представления о явлениях природы, протекании всех жизненных процессов, систем, законов и пониманию взаимосвязи между ними и поэтому делает знания практически более значимыми и применимыми. Это помогает учащимся использовать те знания и умения, которые они приобрели при изучении одних предметов, дает возможность применять их в конкретных ситуациях, при рассмотрении частных вопросов, как в учебной, так и во внеурочной деятельности, в будущей жизни.

Межпредметные связи следует рассматривать как отражение в учебном процессе межнаучных связей, составляющих одну из характерных черт современного научного познания.

По определению Д.П. Ерыгина: “Межпредметные связи можно понимать как дидактическую систему, которая отражает в школьных курсах объективно существующие взаимосвязи, обеспечивает посредством согласованного взаимодействия ее учебных компонентов осуществления целенаправленного процесса обучения школьников”. Межпредметные связи выполняют в обучении ряд функций.

• Методологическая функция заключается в том, что только на их основе возможно формирование у учащихся целостных взглядов на природу;

• Образовательная функция межпредметных связей состоит в том, что с их помощью учитель формирует такие качества знаний учащихся, как системность, глубина, осознанность, гибкость. Межпредметные связи выступают как средство развития понятий, способствуют усвоению связей между ними и общими понятиями.

• Развивающая функция межпредметных связей определяется их ролью в развитии системного и творческого мышления учащихся, в формировании их познавательной активности, эффективности, самостоятельности и интереса к получению новых знаний. Межпредметные связи расширяют кругозор учащихся.

• Воспитывающая функция межпредметных связей выражена в их содействии всем направлениям воспитания обучающихся в обучении. Учитель, опираясь на связи с другими предметами, реализует комплексный подход к воспитанию.

Таким образом, использование межпредметных связей – одна из наиболее сложных методических задач учителя. Она требует знания содержания программ и учебников по другим предметам. Реализация межпредметных связей в практике обучения предполагает сотрудничество учителя с учителями других предметов.

Химия относится к естественнонаучным дисциплинам и является трудной для усвоения учащимися. Заинтересовать учащихся, мотивировать их на изучение этого предмета, связать обучение с решением практических задач: химия – биология; химия – география; химия – физика; химия – математика; химия – экология; химия – история – вот проблема, которую видит перед собой каждый учитель.

Сегодня, когда все человечество озабочено глобальными экологическими проблемами (разрушение озонового слоя Земли, глобальное потепление, выпадение кислотных осадков и их воздействие на окружающую среду и т.д.), особо остро стоит взаимосвязь химии и экологии. Химия – это предмет, при изучении которого экологические аспекты можно отражать практически на каждом уроке, а также во внеурочной деятельности. При изучении любой темы можно и нужно поднимать вопросы экологии. Экологизация школьного курса химии обусловлена необходимостью готовить школьников к активному участию в решении насущных проблем защиты окружающей среды от загрязнения. В настоящее время вопросы экологии находят свое отражение в новых учебных программах и содержании курса химии. Одним из эффективных методов формирования экологических знаний и умений школьников становится решение задач по экологической проблематике. Их оптимальное использование в учебном процессе позволяет сделать теоретический материал аргументированным, жизненным и менее академичным. В поисках ответа на вопрос задачи ученик невольно становится сопричастным к проблемам защиты природы, получает реальные возможности использовать приобретенные знания в жизни.

Задачи с химико-экологическим содержанием можно разделить по на три типа:

1. Задачи с химической характеристикой природных объектов;

2. Задачи об источниках загрязнения, видах загрязнителей окружающей среды;

3. О природозащитных мероприятиях и ликвидации последствий загрязнения;

Составленные задачи не обязательно должны иметь единственное решение, они рассчитаны на проблемное обсуждение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленной реальной учебно-познавательной проблемы.

Решение задач с химико-экологическим содержанием

Решение задач с экологическим содержанием целесообразно начинать с предварительного анализа экологической стороны задачи, обсуждения сущности затрагиваемых в ней экологических проблем, написания необходимых уравнений химических реакций. Решение и полученный ответ также требуют объяснения результатов по содержанию. Химическая и экологическая части задачи тесно взаимосвязаны, так как объяснение влияния различных соединений на объекты окружающей среды и организм человека, причины возникновения экологических проблем в большинстве случаев основаны на знании химии.

Решения задач приведены в Приложении.

Задача 1.

В стратосфере на высоте 20-30 км находится слой озона O3, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излучения Солнца.Если бы не "озоновый экран" атмосферы, то фотоны большой энергии достигли бы поверхности Земли и уничтожили на ней все живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Санкт-Петербурга в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного петербуржца?

Задача 2.

В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO₂, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, ρ = 1 г/см³.

Задача 3.

При сгорании в карбюраторе автомобиля 1кг горючего в воздух выбрасывается до 800 г оксида углерода (II). Вычислите массу и объем (н. у.) оксида углерода (II), образующегося при сгорании 100 кг горючего.

При решении подобных задач учащиеся узнают о веществах, загрязняющих атмосферу: выхлопных газах автотранспорта, продуктах сгорания органического топлива, выбросах промышленных предприятий.

Задача 4.

Установлено, что за вегетационный период дерево, имеющее 10 кг листьев, может обезвредить без ущерба для него свыше 500 г сернистого газа и 250 г хлора. Рассчитайте, какое количество указанных газов может обезвредить одно такое дерево.

Решая эту задачу, учащиеся узнают о роли растений в обезвреживании ядовитых газов. Подобные факты еще раз убеждают их в необходимости сохранения каждого дерева и мобилизуют на активное участие в озеленении своего города.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 1.

В питьевой воде были обнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим и наркотическим действием. На основе качественного и количественного анализов этого вещества было установлено, что это производное фенола и массовые доли элементов в нем равны: 55% С, 4,0% Н, 14,0% О, 27% Cl.

Установите молекулярную формулу вещества. Составьте уравнения реакции его получения, укажите возможные причины попадания этого вещества в среду.

Задача 2.

В основе самоочищения водоемов от органических загрязнителей лежит процесс их окисления. Если органических веществ в воде немного, то они окисляются растворенным в воде кислородом. Этот процесс ускоряется под действием солнечного света. Способствуют окислению и некоторые микроорганизмы (биологические методы).

Существуют и химические методы интенсификации процесса окисления органических загрязнителей в воде. Какой из предложенных ниже реагентов вы выберете для ускорения этого процесса: а) пероксид водорода; б) хлор или его кислородсодержащие производные; в) озоновоздушную смесь? Дайте обоснованный ответ.

Задача 3.

Бензол обладает общетоксическим и мутагенным действием, а также воздействует на репродуктивную функцию женщин. Действует на почки, печень, изменяет формулу крови (уменьшает количество лейкоцитов, тромбоцитов, красных кровяных телец), нарушает структуру хромосом. Нитробензол также обладает общетоксическим действием. Окисляет гемоглобин крови в метгемоглобин (метгемоглобинемия), вызывает желтушное окрашивание белков глаз, физиологические и неврологические расстройства.

Запишите молекулярные и структурные формулы данных веществ.

Литература:

Задача 1.

В стратосфере на высоте 20 -30 км находится слой озона O₃, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излучения Солнца. Если бы не "озоновый экран" атмосферы, то фотоны большой энергии достигли бы поверхности Земли и уничтожили на ней все живое. Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Санкт-Петербурга в воздушном пространстве над городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая его масса приходится в среднем на одного петербуржца?

Дано: Решение:

n(O₃)=150 моль 1) Вычислим число молекул озона:

n(O₃) = N/N_{a ,} отсюда N(O₃) = n(O₃)·N_a

Найти: N(O₃) = 150 моль · 6,02·10²³молекул/моль = 9,03·10²⁵ молекул

N(O₃) = ? 2) Вычислим массу озона:

m(O₃) = ? n(O₃) = m/M _, отсюда m(O₃) = n(O₃)·M

m(O₃) = 150 моль·48 г/моль = 7200 г = 7,2 кг

Ответ: N(O₃) = 9,03·10²⁵ молекул, m(O₃) = 7,2 кг.

Задача 2.

В природе постоянно происходит круговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота и др. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ, использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должна превратиться в CO₂, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды с концентрацией углекислоты 2%, ρ=1г/см³.

Дано: Решение:

V(H₂CO₃) = 1л C + O₂ → CO₂

ρ(H₂CO₃) = 1г/см³ CO₂ + H₂O  H₂CO₃ (условно)

ⱳ (H₂CO₃) = 2% 1) Вычислим массу раствора углекислоты:

Найти: m_р-ра(H₂CO₃) = V·ρ = 1000 см³·1г/см³ = 1000г

m(C) = ? 2) Исходя из формулы для расчета массовой доли, вычислим:

ⱳ · m_р-ра 2% · 1000г

m_р.в. = = = 20 г

100% 100%

3) Вычислим количество вещества углекислоты:

m 20 г

n (H₂CO₃) = = = 0,323 моль

M 62 г/моль

4) По уравнению реакций n (H₂CO₃) = n (CO₂)

n (CO₂) = n (C), таким образом

n (C) = 0,323 моль

5) Вычислим массу углерода:

m (C) = n·M = 0,323 моль·12 г/моль=3,87 г

Ответ: m(С) = 3,87 г.

Задача 3.

При сгорании в карбюраторе автомобиля 1кг горючего в воздух выбрасывается до 800 г оксида углерода (II). Вычислите массу и объем (н. у.) оксида углерода (II), образующегося при сгорании 100 кг горючего.

Решение:

Задачу можно решить устно. Путем простых математических вычислений можно прийти к выводу, что при сгорании 100 кг горючего может образоваться оксид углерода (II) массой 80 кг.

Вычислим, какой объем займет этот газ при н.у.:

m(CO) V(CO) m(CO)·V_m 80·10³г ·22,4л/моль

n(CO) = = , отсюда V(CO) = = = 64 м³

M (CO) V_m M(CO) 28г/моль

Ответ: m(CO) = 80 кг, V(CO) = 64 м³

При решении подобных задач учащиеся узнают о веществах, загрязняющих атмосферу: выхлопных газах автотранспорта, продуктах сгорания органического топлива, выбросах промышленных предприятий.

Задача 4.

Установлено, что за вегетационный период дерево, имеющее 10 кг листьев, может обезвредить без ущерба для него свыше 500 г сернистого газа и 250 г хлора. Рассчитайте, какое количество указанных газов может обезвредить одно такое дерево.

Дано: Решение:

m(SO₂) = 500 г 1) Определим молярные массы указанных газов:

m(Cl₂) = 250 г

2) Вычислим количество вещества каждого газа, которое может Найти: обезвредить одно дерево:

n(SO₂) = ? m(SO₂) 500 г

n(Cl₂)= ? n(SO₂) = = = 7,8 моль

M(SO₂) 64 г/моль

m(Cl₂) 250 г

n(Cl₂) = = = 3,5 моль

M(Cl₂) 71 г/моль

Ответ: n(SO₂) = 7,8 моль, n(Cl₂) = 3,5 моль.

Решая эту задачу, учащиеся узнают о роли растений в обезвреживании ядовитых газов. Подобные факты еще раз убеждают их в необходимости сохранения каждого дерева и мобилизуют на активное участие в озеленении своего города.