Практико-ориентированные задания экологической направленности на уроках химии

Автор: Даньковский Роман Иосифович

Организация: ГУО «Субочская средняя школа»

Населенный пункт: Республика Беларусь, Гродненская область, Волковысский р–н, аг. Субочи

Одна из важнейших задач химического образования учащихся – устранение излишней фундаментальности школьного курса химии, доминирование теоретического содержания в ущерб практической направленности. Удалённость учебного материала от жизни, излишняя абстрактность вводимых понятий снижают интерес учащихся к учёбе, и как следствие - выпускники школ получают мозаичное представление о предмете, испытывают трудности в интеграции разрозненной информации для дальнейшего её применения с целью решения конкретных практических задач. В силу вышеизложенного возникает необходимость в совершенствовании отдельных компонентов учебного процесса для более полного использования всего спектра необходимых условий и средств, находящихся в арсенале данной учебной дисциплины, для формирования и развития предметных и ключевых компетенций учащихся. Компетенции больше относятся к области умений и проявляются в условиях личной заинтересованности в применении имеющихся знаний для решения возникающих проблем. Усиление практико-ориентированной направленности в образовательном процессе предполагает ряд изменений в содержании и технологии обучения. Использование практико-ориентированных заданий эколого-валеологической направленности на уроках химии обогащает содержание учебных занятий, повышает мотивацию учащихся к учёбе, способствует системному формированию химических и ключевых компетенций, необходимых для грамотного и безопасного использования для собственной жизни. По своему содержанию они могут носить теоретический, расчетный, расчетно-экспериментальный или экспериментальный характер. При самостоятельном составлении или отборе из учебно-методической литературы подобных заданий учителю необходимо учитывать определенные критерии, предъявляемые к их содержанию. Охарактеризуем наиболее значимые из них в виде следующей таблицы:

Критерий	Характеристика
Плановость условия	В условии выделяется данные, которые учащийся осознаёт в начале решения и обнаруживаемые в ходе работы над задачей.
Тематика химического содержания	Содержание должно по возможности затрагивать несколько взаимосвязанных между собой тем учебного материала.
Уровень сложности	Число и характер звеньев в логической цепи рассуждений в ходе решения творческого задания определяется уровнем знаний учащихся по предмету.
Межпредметная интегрированность содержания	Содержание заданий должно отражать связь химии со смежными предметами, различными отраслями науки и производства, экологией, валеологией и бытом.
Разнообразие конечного результата поиска	Направленность заданий на объяснение явлений, получение и распознавание веществ, доказательство их состава; конструирование приборов, моделей и др.
Практическая значимость	Задания должны иметь практическую направленность, так как в этом случае появляется мотивация их решения у учащихся.
Объём условия задачи	Условие должно иметь небольшой объём и понятную формулировку вопросов.
Инвариантность содержания.	Приемлемость предлагаемых заданий для учащихся с разным уровнем подготовки.
Язык изложения содержания	В содержании, наряду со словесным текстом, допустимо использование таблиц, графиков, диаграмм, схем и другое.

Таблица 1. Характеристика основных критериев практико-ориентированных заданий

Структура подобных заданий зависит от выбранных форм работы и поставленных целей. В случае организации на уроке элементов исследовательской деятельности учащихся основными звеньями данной структуры могут быть следующие:

вводная информация  проблема  уточняющая информация  результат.
Для овладения логикой анализа и навыками их решения необходимо наличие конкретных химических знаний, что обуславливает их применение в большей степени в старших классах.

Помимо задач расчетного характера необходимо широкое использование также творческих заданий, требующих для успешного решения наличие определенных навыков к исследовательской деятельности. Основная цель их применения – иллюстрация важности химических знаний, необходимых для понимания сущности процессов, происходящих в живой природе с участием химических соединений, и их влиянии на жизнедеятельность организмов. Систематическое применение таких задач – значимый фактор, позволяющий учащимся устанавливать причинно-следственные связи и облегчающий работу с различными информационными источниками. Итогом работы с предложенными заданиями должен быть конкретный образовательный продукт: подготовленный материал, составленная схема, мини-пособие и другое. Задания практико-ориентированного характера можно использовать для организации индивидуальной, парной и групповой работы. Приведём конкретные примеры разнотипных заданий при изучении учебного материала в разных классах.

Задача 1. При недостатке азота в почве листва яблонь изменяет окраску и опадает. Какой объём 2 % раствора нитрата аммония (плотность 1,006г/см³) необходим для подкормки яблоневого сада площадью 150 м² при норме внесения этого соединения от 45 до 55 г/м²? Ответ укажите с точностью до 1 л.

Задача 2. Ежегодно на Земле микроорганизмами азотного цикла вырабатывается около 300 тонн аммиака, участвующего в нейтрализации почвенных вод в случае их большой кислотности, благодаря свойствам слабого основания. Рассчитайте количество моль Н⁺, нейтрализуемое аммиаком, выделенным микроорганизмами за год.

Задача 3. Для очистки газовых выбросов от диоксида азота используется карбонат натрия. В ходе реакции взаимодействия данных веществ образуются две натриевые соли различных азотсодержащих кислот и газ, участвующий в процессе фотосинтеза растений. Рассчитайте массу карбоната натрия, способного обезвредить выбросы, содержащие 5 дм³ (н. у.) диоксида азота. Ответ приведите до целых значений. 4. Во время грозы в дождевой воде может содержаться азотная кислота очень небольшой концентрации. Объясните, каким образом она образуется. Составьте уравнения химических реакций, которые при этом протекают.

 

 

Решение

Во время грозы, в результате электрических разрядов, незначительная часть молекулярного азота и кислорода воздуха взаимодействуют между собой с образованием NO, который далее легко окисляется кислородом до NO₂. Взаимодействие его с парами воды в присутствии кислорода воздуха ведёт к образованию азотной кислоты, содержащейся в выпавших осадках. Уравнения химических реакций, описанных выше, имеют вид:

а) N₂ + O₂ = 2NO; б) 2NO + O₂ = 2NO₂; в) 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

Образованию азотной кислоты может также содействовать попадание диоксида азота в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека («кислотные дожди»).

Задача 5. Объясните с точки зрения химика влияние вдыхаемых паров аммиака на организм человека.

 

Ответ.

Вдыхание аммиака вредно для человека, из-за образования при этом достаточно сильнощелочной среды на слизистой оболочке гортани, лёгких, что способствует их раздражению и отёку. В небольших количествах аммиак используется для возбуждения дыхательного центра при потере сознания.

Задача 6. Проведите качественные реакции на наличие нитратов в выданных вам пронумерованных образцах вытяжки сока картофеля, огурца и листьев белокочанной капусты. Для исследования используйте в качестве реагентов кристаллики FeSO₄ и концентрированную серную кислоту. Для выполнения опыта поместите на предметное стекло или капельную пластинку кристаллик сульфата железа (II) и добавьте 1-2 капли исследуемой вытяжки из каждой пронумерованной пробирки и примерно столько же концентрированной серной кислоты. Появление вокруг кристалла бурого кольца будет указывать на наличие комплексного соединения [Fe(NO)SO₄], которое образуется при участии, NO₃^-, содержащегося в исследуемой пробе. Как иначе можно экспериментально установить наличие нитратов в растениях. Для поиска ответа в случае затруднений воспользуйтесь дополнительной литературой и возможностями интернета. Предложите доступные способы уменьшение содержания нитратов в овощах в бытовых условиях.

Ответ.

Практические рекомендации по уменьшению количественного содержания нитратов в овощах могут быть следующие:

● тщательная промывка овощей;

● механическая очистка;

● варка овощей, особенно очищенных и нарезанных;

● вымачивание зелени в холодной воде перед употреблением в течение не менее 1 часа;

● петрушка, укроп, салат и другая зелень быстро теряет нитраты, находясь в воде на свету.

Необходимо помнить, что уменьшается содержание нитратов при квашении, солении и мариновании овощей.

Задача 7. Прочитайте содержание текста карточки-информатора. Нитрат-ион – неотъемлемая часть круговорота азота в природе. В обычных условиях и в разбавленных растворах он относительно устойчив, не окисляет катионы металлов, тем самым способствует транспортировке их с раствором в почве, растениях и т.п. Однако в больших количествах становится ядовитым, нарушая баланс других веществ. Например, при избытке нитратов в растениях уменьшается содержание аскорбиновой кислоты. Растения и бактерии используют нитраты для построения белков и других необходимых органических соединений. В растениях происходит восстановление нитратов до аммиака по схеме: нитрат – нитрит – гипонитрит – гидроксиламин – аммиак. Образовавшийся аммиак реагирует с некоторыми органическими кислотами (пировиноградной, щавелево-уксусной и другими) с образованием аминокислот – строительного материала белков. Эти реакции катализируются ферментами, содержащими ионы некоторых металлов. Из-за большой ядовитости аммиака и иона аммония в растениях хорошо отработана и обратная реакция перевода иона аммония в нитрит. Животные не способны строить все необходимые им органические соединения из неорганических веществ, так как отсутствуют соответствующие ферменты. Однако микроорганизмы, живущие в желудке и кишечнике, этими ферментами обладают и могут переводить нитрат-ион в нитрит-ион, который действует как окислитель, переводя железо Fe²⁺ в Fe³⁺, Результатом этих изменений служит превращение гемоглобина в метгемоглобин. Данное соединение прочно связывает кислород воздуха и не может отдавать его тканям. В результате из-за недостатка кислорода происходят нарушения в работе жизненно важных органов организма. Обычно нитрит-ион образуется не в желудке, а в кишечнике и не успевают перейти в кровь и произвести данные разрушительные изменения. Поэтому отравления нитратами достаточно редки. Негативное влияние нитрит-ионов на организм вызвано также и их способностью взаимодействовать с аминами с образованием нитрозаминов, некоторые из которых обладают канцерогенной активностью. Нитрозамины могут содержаться в копченых мясных изделиях, колбасах, солёной и копченой рыбе, солённой и маринованной растительной продукции, в пиве.

Задание: а) сократите содержание данного текста, исключив из него, на ваш взгляд, второстепенную информацию. Обоснуйте свой выбор;

б) почему при варке овощей рекомендуется первый отвар слить, залить новой порцией воды и второй бульон использовать для еды; в) объясните, почему нежелательно готовить пищу в алюминиевой посуде; г) используя дополнительные литературные источники, составьте перечень овощных культур с высокой и низкой способностью к накоплению нитратов.

Задача 8. Понижение прозрачности атмосферы, обусловленное накоплением в ней частиц пыли и повышением концентрации стратосферных аэрозолей, может послужить причиной снижения температуры земной поверхности. Уменьшение потока солнечной энергии, достигающей Земли, всего на 1,6% способно вызвать катастрофическое обледенение. Одним из компонентов стратосферных аэрозолей является сульфат аммония. Наибольшая концентрация его в высших слоях атмосферы составляет 0,1 мг/м³.

Задание: а) объясните причину появления в высших слоях атмосферы данного вещества, напишите уравнения протекающих при этом химических реакций; б) предложите ход химического эксперимента, иллюстрирующий процесс образования аэрозоля сульфата аммония.

 

Вариант решения задачи.

Источниками выброса в атмосферу SO₂ являются извержение вулканов, коксохимическое производство, обжиг сульфидных руд и другие. На большой высоте диоксид серы может окисляться озоном и образовывать аэрозоль серной кислоты. Аммиак попадает в атмосферу в процессе гниения, а также в ходе производства аммиака, кокса, нефтепродуктов, минеральных удобрений. Аэрозоль сульфата аммония образуется при взаимодействии серной кислоты и аммиака. Для демонстрации данного процесса (эксперимент выполняется только под тягой и при обязательном участии учителя!) на разогретую электрическую плитку ставят фарфоровую чашку с 2 мл концентрированной серной кислоты, Рядом с ней располагают термостойкий стакан с концентрированным раствором аммиака. Для большей наглядности опыта тягу следует включить не сразу, а после появления аэрозоля.

При решении подобных задач, предназначенных в большей степени для групповой работы, учителю необходимо организовать помощь учащимся в случае возникновения возможных затруднений. Для этого используются сопроводительные карточки к условию заданий, содержащие необходимые рекомендации по их выполнению. Примерное содержание сопроводительной карточки для данной задачи может быть следующим:

● прочитайте внимательно условие задачи и определите направления поисков её решение.

● используя материал учебника химии, определите, какие химические вещества, выбрасываемые в атмосферу, могут быть исходными для образования аэрозоля сульфата аммония и какие химические реакции могут привести к образованию данного соединения.

● вспомните определение аэрозоля, при необходимости воспользуйтесь энциклопедическим словарём.

● подумайте, из чего целесообразно получать исходные вещества в лаборатории, и в каких условиях будет протекать данный процесс.

Приведенный небольшой перечень примеров практико-ориентированных задач, наряду с использованием других учебно-дидактических материалов (различных тематических памяток, буклетов, листовок, тестовых заданий соответствующего содержания), а также проведение семинаров, конференций по эколого-валеологической тематике содействует формированию и развитию соответствующих компетенций учащихся.

 

Список использованных источников:

1. Валединская, О. Р. Экологическая химия азота / О. Р. Валединская // Библиотечка «Первого сентября» Серия « Химия» - Выпуск 2(8) – Москва – «Чистые пруды» - 2006
2. Даньковский, Р. И. Обучение через открытие: как организовать проблемно-поисковую деятельность? / Р. И. Даньковский // Народная асвета. – 2013. - № 3 – С. 13 - 16.
3. Даньковский, Р. И. Задачи творческого характера в контексте креативной педагогики / Р. И. Даньковский // Народная асвета. – 2015. - № 4 – С. 16 - 19.
4. Даньковский, Р. И. Интегрированные задания развивают химическую компетенцию / Р. И. Даньковский // Народная асвета. – 2018. - № 8 – С. 76- 78.
5. Петунин, О. В. Интегрированные задачи как средства активизации познавательной деятельности / О. В. Петунин. // Химия в школе – 2008. - № 10. – С. 43 – 45.

Опубликовано: 16.09.2024