Решение экологических проблем на занятиях химии
Человек познает мир на протяжении всей своей жизни. И самый важный период в этом безграничном процессе познания – учеба в школе. Современному учителю мало уже быть только предметником и школьным воспитателем - он должен стать проводником нового мышления – экологического, на него возлагается основная ответственность за формирование эколого-нравственного мировоззрения. В этой связи для учителя естественно – математического цикла цель обучения состоит в том, чтобы на основе фундаментальных химических, биологических знаний сформировать системные знания о химических, биологических аспектах экологии и экологических проблем.
Важным воспитательным и одновременно практическим результатом такого обучения является формирование личности, готовой принять идеологию здорового образа жизни. Какие же возможности есть у учителя для достижения этой цели? Пути реализации целей школьного экологического образования могут быть самыми разными: экологизация учебных дисциплин, создание элективных курсов, организация кружковой работы.
При составлении тематического планирования включаю вопросы экологического образования. Например: 8 класс. Тема «Первоначальные химические понятия»: демонстрационный опыт «Очистка поверхности воды от загрязнителей (масла, нефть)». Тема «Кислород»: продукты полного и неполного сгорания веществ – загрязнители окружающей среды. Тема «Водород»: водород как источник экологически чистой тепловой энергии в будущем. Тема «Вода. Основания. Растворы»: химический состав природных вод. Основные источники загрязнения водоемов. Водоочистительные станции. Тема «Кислоты. Соли»: кислотные дожди: причины, последствия и пути предупреждения.
9 класс. Тема «Электролитическая диссоциация»: применение электролитов в народном хозяйстве. Буферные системы и их роль в самоочищении водоемов. Ионы, проявляющие токсичность. Окислительно-восстановительные реакции в круговороте веществ. Тема «Подгруппа кислорода»: соединения серы - загрязнители природной среды. Способы их утилизации. Тема «Подгруппа азота»: оксиды азота в составе фотохимического смога. Влияние нитратов на здоровье человека. Тема «Подгруппа углерода»: адсорбция как один из методов улавливания отравляющих веществ. Оксиды углерода – загрязнители атмосферы. Отравляющее действие угарного газа.
Таким образом, в процессе обучения химии в 8-9 классах внимание сосредоточено на развитие представлений о взаимосвязи состава, свойств и функции веществ, их роли в живой природе и на проблемах защиты окружающей среды.
Формы проведения уроков экологической направленности различные: семинар, урок – практикум, ролевые игры. Такие уроки способствуют формированию умений понимать экологические проблемы различных отраслей производства, окружающей среды, своего двора, отстаивать свою точку зрения, т.е. приводить научно-обоснованные аргументы в ходе дискуссии.
На протяжении ряда лет в своей работе использую межпредметные экологические конференции. Проведение их требует особой подготовки: необходимо заранее подобрать материал, адаптировать его так, чтобы он был понятен каждому; организовать наблюдение или вместе с учениками составить схему наблюдений. Например, для выступающего по теме «Кислотные дожди и их влияние на растительность» (9 класс) предлагала одной группе учащихся такие задания: а) изучить причину и химизм образования кислотных осадков в нашем краю; б) исследовать их влияние на рост и развитие гороха, огурцов и лука; в) посетить лабораторию мониторинга окружающей среды санэпидемстанции и познакомиться с методикой проведения анализа воздуха на наличие диоксида серы. Такая практическая направленность экологической ориентации требует от ученика и учителя взаимопонимания, уважения друг к другу.
Вторая группа, изучая теоретический материал, вносит предложения об одном из методов утилизации диоксида серы – его окисление в серный ангидрид над измельченным оксидом кальция, а продукт этого взаимодействия используют как составную часть минеральных удобрений. Результаты этой небольшой исследовательской работы всегда интересуют ребят, потому что на сегодняшний день многие НГДУ добывают сернистую и высокосернистую нефть, возникает проблема утилизации соединений серы. При проведении таких мероприятий формируется профессиональная экологическая ориентация будущих нефтяников.
Окислительно-восстановительные реакции достаточно широко рассматриваются в школьных курсах химии. Для того чтобы заинтересовать учащихся этой темой, расширить их знания, приблизить данное явление к жизни, а так же связать изучаемый на химии материал с биологическими знаниями, уместно показывать значение окислительно-восстановительных процессов в живой природе. Приведу примеры с интегрированного урока в 9 классе «Удивительный мир бактерий»:
- деятельность серобактерий – одна из основных движущих сил круговорота серы в биосфере. Сера входит в состав ряда аминокислот и также представляет собой жизненно важный элемент. Находящиеся глубоко в почве и в морских осадочных породах соединения серы с металлами – сульфиды, элементарная сера переводятся микроорганизмами в доступную форму – сульфаты, которые и поглощаются растениями. В серобактериях в анаэробных условиях происходит следующая окислительно-восстановительная реакция: S +HNO3 + H2O → H2SO4 + N2 + 109,2 кДж; а в аэробных условиях: S + O2 + H2O → H2SO4 + Q.
- в организме человека избыток нитратов, попавших с пищей, приводит к отравлению. Это обусловлено высокой токсичностью нитритов, которые образуются из нитратов с участием кишечной палочки.
Условно молекулярное уравнение этого процесса выглядит так:
HNO3 + Н2 = HNO2 + H2O + Q,
Методом электронного баланса расставьте коэффициенты. Определите окислитель и восстановитель.
Проанализировав учебную программу по химии в 10-11 классах, тоже были внесены экологические аспекты. 10 класс. Тема «Углеводороды»: двойственная роль метана в биосфере: источник углерода для метанокисляющих бактерий и загрязнитель - разрушитель озонового слоя Земли. Фреоны – загрязнители окружающей среды. Влияние ядохимикатов на наследственность человека. Биологические способы борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур и сорняками. Загрязнение биосферы продуктами сгорания природного газа, нефти, нефтепродуктов, угля. Парниковый эффект: пути решения проблемы. Тема «Кислородосодержащие органические соединения»: этанол – социальный токсин. Метанол - топливо будущего. Причины попадания фенолов в природную среду, их отрицательное действие на живые организмы. СМС как загрязнители природной среды. Тема «Углеводы»: целлюлозно-бумажная промышленность и проблемы загрязнения воздуха, водоемов. Тема «Азотосодержащие органические вещества»: действие солей тяжелых металлов, кислот и щелочей на белок.
11 класс. Тема «Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева»: химический состав организма как отражение химического состава окружающей человека среды. Изменение качества среды обитания – причина экологического кризиса на планете. Тема «Неметаллы»: примеры соединений неметаллов – основных загрязнителей биосфера. Темы «Металлы»: двойственная роль металлов в отношении живой природы. Проблема «металлизации» окружающей среды.
Широко применяются решения расчетных задач с экологическим содержанием. В задачах с экологическим содержанием могут быть отражены вопросы регулирования состояния природной среды, меры по предотвращению негативных последствий антропогенного воздействия. Например, ПДК фенола в местах водопользования составляет 0,001 мг/л. Рассчитайте, во сколько раз концентрация фенола будет превышать предельно допустимую, если в во¬доем вместимостью 104 м3 со сточными водами нефтеперерабатывающего предприятия было сброшено 47 кг фенола.
При изучении темы «Целлюлоза» можно предложить решение следующей задачи: из 1 м3 древесных отходов (сучья, пни, кора, щепа, листья) можно получить 60 л метанола. Рассчитайте массу 40%-ного раствора формалина, который можно полу¬чить при окислении спирта такого объема (ρ(СН3ОН) = 0,79 г/мл).
В 11 классе для объяснения последствий «парникового эффекта» использую следующую задачу: оцените, на сколько метров поднимается уровень океанов, если все ледники растают. Условия расчета: а) объем льда в ледниках всего земного шара равен ~ 24 млн. км3; б) радиус Земли 6370 км; в) океаны занимают 71% поверхности планеты; г) плотность льда 0,92г/см3, плотность воды 1,00 г/см3. Подобные примеры многочисленны.
Природоохранительные мероприятия могут быть эффективными, если они основываются на глубоких химических знаниях. Следующий пример тоже не оставит учащихся равнодушными: на нефтеперерабатывающем заводе негерметичное соединение коммуникаций иногда приводит к утечке бензина или другого нефтепродукта. Например, при утечке одной капли бензина в секунду потери топлива в месяц составляют 130 л, а в год – 1560 л. Какой вред могут принести окружающей среде потери нефти и нефтепродуктов в нефтеперерабатывающей промышленности?
Успешно работает в школе кружок «Юный химик», где ребята занимаются исследовательскими работами. Они активно участвуют в научно-экологических конференциях и занимают призовые места. Если сегодня наши выпускники успешно учатся в экологических факультетах КГТУ им. С.М.Кирова и КФУ, думаю, что они именно в школе получили интерес к профессии эколог.
Экологическая этика, экологическая культура будущих поколений закладывается именно сегодня. Безусловно, все, о чем выше шла речь, осуществить непросто. Прежде всего, учителю нужно осознать, что его ждет длительная, кропотливая работа. Ведь нам надо выжить, а будущим поколениям – жить!
0
