«Методическиеособенности использования задач с экологическим содержанием на урокахорганической химии в средней школе»
Содержание
Введение
ГЛАВА I.ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ
1.1Содержание экологических знаний в курсе химии средней школы
1.2Экологическое воспитание и образование школьников
ГЛАВА II.ЗАДАЧИ С ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ
2.1 Задачис экологическим содержанием на уроках химии
2.2Нетрадиционные задачи по органической химии
ГЛАВАIII. УРОК «ПРАКТИКУМ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ С ЭКОЛОГИЧЕСКИМСОДЕРЖАНИЕМ»
Литература
Введение
«Общение с природой не толькодоставляет эстетическое наслаждение, но и влияет на формирование мировоззрениядетей, на их нравственное развитие, расширяет их кругозор, обогащаетвпечатление»
К.Д. Ушинский
В решении проблем охраныокружающей среды важнейшая роль принадлежит образованию. Уже с самого раннеговозраста каждый живущий на Земле человек должен знать к чему приводит беспечноеотношение к окружающей среде; он должен знать о заболеваниях, вызванныхзагрязнением среды; о генетических отклонениях; о гибели животных и растений;об уменьшении плодородия почвы; об исчерпаемости запасов питьевой воды и другихнегативных изменениях среды обитания. И не только знать, но и ощущать личнуюответственность за ее состояние. Однако сегодняшние выпускники школы слабоориентированы в глобальных, в том числе экологических, проблемах сохраненияздоровья человека и биосферы. Преобладают потребительские взгляды на природу,низок уровень восприятия экологических проблем как личностно значимых,недостаточна развита потребность фактически участвовать в природоохраннойработе. Многие отождествляют охрану окружающей среды и рациональноеприродопользование с охранением отдельных природных комплексов и редких видоврастений и животных.
Цель моей работы заключалась врассмотрении необходимости применения задач с экологическим содержанием в курсеорганической химии.
Актуальность. Экологизацияшкольного курса химии обусловлена необходимостью готовить школьников кактивному участию в решении насущных проблем защиты окружающей среды отзагрязнения. В настоящее время вопросы экологии находят свое отражение в новыхучебных программах и содержании курса химии. Одним из эффективных методовформирования экологических знаний и умений школьников становится решение задачпо экологической проблематике. Их оптимальное использование в учебном процессепозволяет сделать теоретический материал аргументированным, жизненным и менееакадемичным. В поисках ответа на вопрос задачи ученик невольно становитсясопричастным к проблемам защиты природы, получает реальные возможностииспользовать приобретенные знания в жизни.
ГЛАВАI. ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ШКОЛЬНОГО КУРСА ХИМИИ
1.1Содержание экологических знаний в курсе химии средней школы
Роль школьного курса химии вэкологическом образовании обуславливается тем, что данная наука связана спознанием законов природы, химической формы движения материи и ее значимость вматериальной жизни общества.
Перед учителем химии, ведущимприродоохранную работу, стоят следующие задачи:
· раскрытие единстванеорганического и органического мира, влияние деятельности человека наокружающую среду и формирование на этой основе убежденности в необходимостибережного отношения к природе;
· раскрытие двойственной ролихимической промышленности в отношении природы;
· вооружение школьниковпрактическими умениями и навыками, позволяющими посильно участвовать вмероприятиях по защите природы. [1]
Для химического образования вцелом еще не решена проблема содержания экологических знаний. Химизацияпронизала все сферы жизни. Ее последствия стали соизмеримы с природнымиявлениями глобального масштаба и это ставит вопрос о взаимодействии природы иобщества. Цели разумного регулирования этих отношений должны быть доведены досознания учащихся, а именно:
· продукты жизни общества должныполностью утилизироваться, не должны накапливаться и оказывать вредноговоздействия на человека и окружающую среду;
· размеры годового потреблениявозобновляющегося природного сырья не должны превышать его годовой прирост;
не возобновляющееся природноесырье должно использоваться экономно, комплексно, практически не давать отходовпри переработке. Таковы научный и практический аспекты химического образования.
Воздействие на природу в целом,на ее структурные элементы осуществляется промышленностью, транспортом,сельским хозяйством, которые влияют в различных направлениях:
1. Потребление химических веществиз природы.
2. Загрязнение природы отходамичеловеческой деятельности.
3. Появление в природе и, вчастности, в биосфере новых высокоактивных химических соединений, выделенных изприродных источников или синтезированных человеком.
4. Первое направление освещено всодержании курсов неорганической и органической химии, где рассматриваютсяприродные соединения, как сырье для химической промышленности и другихотраслей, в основе которых лежат химические процессы. Освещаются вопросыиспользования природных веществ в качестве удобрений и ядохимикатов. [2-З]
В целях развития и формированиязнаний о загрязнении необходимо ввести такие понятия как «загрязнители»,«источники загрязнения», «естественное и искусственноезагрязнение», «санитарные нормы чистоты», «предельнодопустимые концентрации веществ» (ПДК). Необходимо рассмотреть источникизагрязнения. Важно показать учащимся, что решение проблем загрязнения — этосовершенствование и создание новой техники и технологии, повышение выходапродукта и снижение образования отходов производства, создание оборотноговодоснабжения, уменьшающего сток загрязненных вод, разработка систем утилизацииотходов и переход на замкнутые технологические циклы. Следует также датьхарактеристику использования защитных зон, показать значение растений впроцессах оздоровления атмосферы.
Развитие знаний о защитныхмероприятиях необходимо продолжить при изучении производственных процессов, гдеважно раскрыть основные экологические принципы современного производства.
При изучении проблем охраныокружающей среды особая роль принадлежит химическому эксперименту важнейшейсоставной части школьного курса химии. Необходимо искать способы переработкиотходов школьного химического эксперимента и включать этап переработки вкачестве равноправного и неотъемлемого компонента во все без исключенияшкольные опыты. Под переработкой в данном случае понимается уничтожениевеществ, их обезвреживание с последующим помещением во внешнюю среду илиутилизация (повторное использование — прямо или косвенно — в учебном процессе).
Идея защиты среды привыполнении химического эксперимента в школе должна пронизывать все видыэксперимента во всех классах. Все они должны быть экологически чистыми, чтоважно осознать школьникам. Кабинет химии в школе уже не может рассматриватьсякак место учебы. Это «место действия», своеобразное «химическоепроизводство», «выбрасывающее» вредные отходы и нуждающееся вреализации природоохранительных требований при выполнении эксперимента.
Только такой подход позволитсформировать экологически грамотное мышление, вырабатывает у школьников некий«рефлекс экологической чистоты» любого их действия. Рассматриваявопросы охраны окружающей среды, можно предложить учащимся химико-экологическиевопросы и задачи. При их составлении рекомендуется придерживаться следующихметодических требований:
1. Условия задач и результатырешении должны содержать практически значимую информацию.
2. Эта информация должна бытьтесно связана с программным материалом и реальными экологическими проблемами.
3. Задачи должны быть посильны дляучащихся данного класса.
4. Решение задач должно опиратьсяна возможности, на комплекс знаний по разным предметам.
5. Задачи предназначены дляиспользования при проверке, объяснении, применении и совершенствовании знаний.Химико-экологические задачи и вопросы можно разделить по содержанию на тритипа:
1. Задачи с химическойхарактеристикой природных объектов.
2. Задачи об источникахзагрязнения, видах загрязнителей окружающей среды.
3. О природозащитных мероприятияхи ликвидации последствий загрязнения.
Составленные задачи необязательно должны иметь единственное решение, они рассчитаны на проблемноеобсуждение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленнойреальной учебно-познавательной проблемы. Экологическое образование обладаеттакими особенностями, как актуализация идеи о неразрывной связи физической идуховной жизни человека с природой; рассмотрение экологических проблем всистеме глобальных проблем современности; направленность на цели охраныприроды; сбережение генофонда биосферы; сохранение гигиенических и эстетическихдостоинств окружающей среды; рациональное использование природных ресурсов.Содержание экологического образования имеет, таким образом, сложный состав,усвоение которого школьниками требует тесной взаимосвязи, классной ивнеклассной работы.
Содержание внеклассной работыдолжно быть развитием, углублением того материала, который изучается в школе.Внеклассная работа дополняет урок, так как ее содержание может быть развернутона основе изучения жизни человека в единстве с экологическими системами [З].
1.2Экологическое воспитание и образование школьников
Цель экологического образованияи воспитания — формирование системы научных знаний, взглядов и убеждений,обеспечивающих становление ответственного отношения школьников к окружающейсреде во всех видах деятельности, формирование экологической культуры [4-5].
Таким образом, школьноеобразование и воспитание в области охраны окружающей среды должны выполнять две«стратегические» задачи:
1. Убеждать учащихся онеобходимости охраны окружающей среды.
2. Вооружать их, хотя бы,необходимым минимумом знаний в этой области.
Исходя из этих задач, выбираютсяметоды работы:
1. Учебная деятельность — рефераты, устные журналы — способствуют освоению теории и практикевзаимодействия общества и природы, овладению приемами причинного мышления.
2. Активные формы: диспуты,дискуссии по проблемам окружающей среды, встречи со специалистами, деловые игры- формируют опыт принятия экологически целесообразных решений.
3. Общественно-полезнаядеятельность, постановка под руководством учителя опытов на школьномучебно-опытном участке по изучению влияния минеральных удобрений на урожайностькультур, выполнение анализов почвы и грунтовых вод — служит приобретению опытапринятия экологических решений, позволяет внести реальный вклад в изучение иохрану местных экосистем, пропаганду экологических идей.
4. Экскурсии на предприятия — теоретический материал становится ясным, очевидным, зримым.
Настала необходимость,преподавая различные предметы, обратить внимание на то, как вещества ведут себяв атмосфере, океане, почве, как воздействуют на биосистемы. Такой подходвоспитывает привычку задумываться над этими вопросами. Рассматривая целиэкологического образования школьников, можно определить различные его уровни:экологическое просвещение, формирование экологического сознания, развитиеэкологической культуры.
Первый уровень — экологическоепросвещение — обеспечивает ориентацию школьников в проблеме и соответствующиеправила поведения. Он достигается включением экологических сведений какфрагментов учебного материала в уроки или внеклассные занятия (экологическаяразминка, экологические экспресс- информации, доклады и рефераты по отдельнымэкологическим темам и т.п.).
Второй уровень — экологическоесознание — предусматривает формирование категориального аппарата мышленияучащихся. Формирование экологического сознания предполагает овладение системойэкологических знаний и понятийным аппаратом экологии как учебного предмета(факультатив, спецкурс, учебный предмет).
Третий уровень — развитиеэкологической культуры — приносит осознание учащимися взаимодействия«природа-человек» как ценности. Переход экологических проблем вразряд глобальных проблем современности обуславливает необходимость ориентациина достижение этого уровня. Экологическая культура в условиях школьногообразования может формироваться только на основе интегративного подхода.Механизм интеграции предусматривает изучение экологических проблем в системе«природа-наука-производство-общество-человек», охватывающей всеуровни взаимодействия «природа-человек» [6].
Общие методологические итеоретические положения позволяют выделить принципы экологического образования.
1. Междисциплинарный подход вформировании экологической культуры школьников.
Мировая практика подтверждаетпреимущество экологического образования, которое " имеет междисциплинарныйподход, опирается на конкретное содержание каждой дисциплины".Экологическое образование при этом призвано преодолеть разрозненностьформируемых знаний, изолированность школьных дисциплин, их разобщенность.
Реализация междисциплинарногоподхода требует выделения межпредметных связей и обеспечения обобщениямежпредметных подходов. Выделение межпредметных связей в экологическомобразовании предполагает согласование содержания и методов раскрытия законов,принципов и способов оптимального взаимодействия общества с природой на всехуровнях экологических знаний, которые изучаются в различных учебных предметах.В то же время важно сочетать логику развития ведущих идей и понятий, входящих всодержание того или иного учебного предмета с последовательным углублением иобобщением экологических идей и понятий.
2. Систематичность инепрерывность изучения экологического материала.
Последовательное достижениецели и задач образования по вопросам окружающей среды требует разработкисистемы содержания, методов и организационных форм учебно-воспитательного процесса.Эта система предполагает вычленение ведущих идей и понятий, установление ихвзаимосвязи и развития.
Системно-структурный подходпозволяет отобрать элементы знаний, распределить их в определеннойпоследовательности, органично связать с системой содержания основ наук. Этотподход позволяет восполнить пробелы в экологических знаниях учащихся,равномерно изучать виды экологических взаимосвязей. Экологическое образованиедолжно стать непрерывным, охватывая все этапы дошкольного, школьного ипослешкольного образования.
Непрерывность процессаэкологического образования предполагает согласованность воздействийразнообразных источников знаний и средств массовой информации. Это необходимоучителю, когда в школьных условиях формируется готовность учащихся к решениюэкологических проблем современности.
3. Единство интеллектуального иэмоционально-волевого начал в деятельности учащихся по изучению и улучшениюокружающей природной среды.
Становление экологическивоспитанной личности происходит при условии органического единства научныхзнаний о природных и социальных факторах среды с чувственным ее восприятием,которое пробуждает эстетические переживания и порождает стремление внестипрактический вклад в ее улучшение. Этот принцип экологического образования ивоспитания ориентирует на сочетание рационального познания схудожественно-образным с учетом непосредственного общения с природой.
Взаимосвязи рационального иэмоционального многообразны и зависят от возраста учащихся. В период детстваимеет место эмоционально-эстетическое восприятие среды, а не интеллектуальное.В юношеском возрасте большую силу приобретает интеллектуальное осмыслениеприроды. Если ученик знает закономерные связи между объектами живой и неживойприроды, чувствует красоту гармонии экологических систем, то и действия егобудут направлены на сохранение природы, защиту ее от загрязнения.
4. Взаимосвязь глобального,национального и краеведческого раскрытия экологических проблем в учебномпроцессе.
Факты положительного иотрицательного воздействия человека на природу данной местности важно сочетатьс оценкой последствий этих влияний в глобальных масштабах. Развивая заботумолодежи о природе родного края, своей Родины, учитель внушает школьникам мыслио том, что Земля нуждается в общей заботе всего человечества. " Сохранениеприроды требует усилий всех людей, населяющих земной шар. Рана, нанесеннаяприроде на одном континенте, не может пройти бесследно на другом." [7-8].
Принципы экологическогообразования реализуются в процессе решения следующих задач:
· усвоение ведущих идей, основныхпонятий и научных фактов о природе, на базе которых определяется оптимальноевоздействие человека на природу сообразно с ее законами;
· понимание многостороннейценности природы как источника материальных и духовных сил общества и каждогочеловека;
· овладение знаниями и умениямиизучения и оценки состояния окружающей среды, принятия решений по ее улучшению,способностей предвидеть возможные последствия своих действий;
· развитие потребности общения сприродой, восприятие ее облагораживающего воздействия, стремление к познаниюреального мира в единстве с нравственно-эстетическими переживаниями;
· сознательное соблюдение нормповедения в природе, исключающее нанесение вреда и ущерба природе, загрязнениеили разрушение окружающей природной среды;
активизация деятельности поулучшению окружающей и преобразованной среды, участие в пропаганде современныхидей охраны природы.
ГЛАВАII. ЗАДАЧИ С ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ
2.1Задачи с экологическим содержанием на уроках химии
Современное человечество,вооруженное техникой и использующее огромное количество энергии, представляеточень мощную силу, воздействующую на природу Земли. Если эти воздействия неучитывают природных законов и разрушают установившиеся за миллионы лет связи,возникают катастрофические последствия. Люди уже столкнулись с целым рядомприродных катастроф, вызванных их деятельностью. Это возникновение такназываемых «озоновых дыр», парниковый эффект, массовое уничтожениелесов на всех континентах, исчезновение тысяч видов растений и животных,накопление промышленных отходов на свалках и многое другое.
Дляэкологически грамотного хозяйствования на Земле нужно знать очень много: оттого, как взаимодействуют со средой обитания отдельные организмы, до пониманияобщепланетарных связей живой природы и места в них человеческого общества.
Поэтому экология в настоящеевремя приобретает особое значение, как наука, помогающая найти выход извозникающего кризиса.
Проблема приобретенияэкологических знаний решается в общеобразовательных учреждениях через введениедисциплины «экология», а также через экологизацию школьных дисциплин.
На уроках химии учительподнимает многие экологические проблемы, обсуждает вместе с учащимися возможныепути их решения.
В условиях экологизациихимического образования возрастает роль расчетных и творческих задач сэкологическим содержанием. Использование на уроках химии таких задач направленона изучение богатств родного края, способствует пониманию сущностиэкологических проблем, способствует гуманитарному воспитанию.
При изучении темы«Подгруппа кислорода» в 9-м классе мы знакомим учащихся с процессами,обеспечивающими круговорот кислорода в биосфере, рассказываем о значениикислорода и озона в жизни живых организмов и предлагаем для решения иобсуждения следующие задачи:
1. В стратосфере на высоте 20-30км находится слой озона O3, защищающий Землю от мощного ультрафиолетового излученияСолнца. Если бы не «озоновый экран» атмосферы, то фотоны большойэнергии достигли бы поверхности Земли и уничтожили на ней все живое.Подсчитано, что в среднем на каждого жителя Белгорода в воздушном пространственад городом приходится по 150 моль озона. Сколько молекул озона и какая егомасса приходится в среднем на одного белгородца? (Ответ: 9,03?1025;7,2 кг)
2. Одинаковое ли (и какое именно)число молекул содержится в 1г воды и в 1г кислорода? Какова роль этих веществ вбиосфере Земли? (Ответ: 0,33?1023; 0,37?1027)
3. Чтобы приготовить бордосскуюсмесь (препарат против фитофторы – грибкового заболевания огородных растений),используют медный купорос CuSO4*5H2O. Рассчитайте число атомов кислорода и водорода, которые содержатся в350 г этого вещества. (Ответ: 75,8*1023; 84,2*1023)
4. В сутки человек вдыхаетприблизительно 25 кг воздуха. На каждые 100 км пути автомобиль расходует 1825кг кислорода. Сколько суток сможет дышать человек воздухом, если одна из машинпроедет на 100 км меньше? Используя приведенные факты и результаты вашихрасчетов, подготовьте:
а) рекламный проспектавтомобилей;
б) текст обращения к президентуРоссии о защите природы.
(Ответ: 347 суток 14 часов 52минуты)
5. Основнойкомпонент природного газа – метан. Некоторые крупные месторождения природногогаза, например Астраханское, Оренбургское, помимо углеводородных газов содержатзначительное количество сероводорода. Эта примесь, с одной стороны опасна, таккак вызывает сильную коррозию трубопроводов и перекачивающей аппаратуры. Крометого, при сгорании такого газа получается оксид серы (IV), что вызываетзагрязнение атмосферы. С другой стороны сероводород является ценным химическимсырьем, из которого можно получить, например, серную кислоту. Предложитерациональные, по вашему мнению, способы очистки природного газа отсероводорода.
Приизучении свойств и применения углерода и его соединений обращаем вниманиеучащихся на одну из современных экологических проблем – возникновение«парникового эффекта», приводящего к потеплению климата. Предлагаемдля обсуждения и обсуждения такие задачи:
1. Белгородский мел содержиткарбонат кальция и карбонат магния в пересчете на CaO и MgO соответственно 54 и 0,5 %.
1) Сколько примеси содержитбелгородский мел?
2) Какой объем CO2 выделится в атмосферу приобжиге образца такого мела массой 1 кг?
(Ответ: 2,5%)
2. В природе постоянно происходиткруговорот биогенных элементов: углерода, водорода, кислорода, фосфора, азота идр. Человек в процессе своей деятельности вмешивается в круговорот веществ,использую минеральное сырье для своих нужд. Какая масса углерода должнапревратиться в CO2, чтобы получить 1 л минеральной газированной воды сконцентрацией углекислоты 2%, ρ=1г/см3. (Ответ: 3,84 г.)
Прирассмотрении вопросов применения азота и аммиака в теме «Подгруппаазота» в 9-м классе для закрепления знаний используем такие задачи:
1. Азот– незаменимый биогенный элемент, поскольку входит в состав белков и нуклеиновыхкислот. Атмосфера – неисчерпаемый резервуар азота, однако основная часть живыхорганизмов не может непосредственно использовать этот азот: он должен бытьпредварительно связан в виде химических соединений. Существуют азотфиксирующиебактерии, способные фиксировать азот воздуха и превращать его в доступную длярастений форму. С помощью таких бактерий при хорошем урожае клевер можетнакапливать за сезон 150-160 кг/га азота. Какой объем воздуха в м3содержит такую массу азота? Какую массу 10 % раствора аммиачной воды(используемой в качестве удобрений) может заменить 1 га клевера, накопивший засезон 100 кг/га азота? (Ответ: 120 м3, 2100 кг)
2. Большойущерб водным организмам наносят соединения мышьяка. Особенно ядовиты соединениямышьяка (III) Предложите способ очистки сточных вод от арсенатов и арсенитов,принимая во внимание, что мышьяк является аналогом фосфора.
Приобобщении знаний учащихся по органической химии в 10-м классе для болееглубокого понимания природных процессов предлагаем учащимся следующие задачи:
1. Накопление углекислого газа ватмосфере становится опасным загрязнением – приводит к парниковому эффекту.Какой объем CO2 попадает в атмосферу при сжигании 100 г полиэтилена (100 шт.использованных пакетов)?
2. Растения поглощают минеральныевещества и углекислый газ и под действием ультрафиолета синтезируют глюкозу,выделяя кислород.
Какой объем CO2 усвоили зеленые листьясахарной свеклы для получения 100 г сахарозы, из которой можно изготовить 10 конфет(одна конфета содержит примерно 10 г сахара)?
(Ответ: 26 л СО2).
3. Листья растения махоркисодержат лимонную кислоту, примерно 3%. Какая масса зеленых листьев этогорастения потребуется для получения 1 кг лимонной кислоты, если потери припроизводстве составляют 15 %? (Ответ: 39,1 кг).
4. Поскольку нефтепродукты горючи,очистку от них водной поверхности можно было бы проводить путем сжиганиянефтяной пленки. Такой способ, конечно, не экономичен, он связан с потерейтоплива, но охрана природы, сохранение морской и прибрежной фауны и флорыважнее, чем экономия нефти. Трудность сжигания нефтяной пленки заключается втом, что поджечь можно только относительно толстый слой плавающей наповерхности воды нефти. Если же пленка тонкая (так бывает в большинствеслучаев), поджечь ее не удается. Предложите способ сжигания тонких пленокнефтепродуктов на поверхности воды.
5. Большие неприятности доставляетналичие в сточных водах карбоновых кислот и их солей. Предложитефизико-химический способ очистки воды от этих загрязнений.
Приизучении темы «Металлы» в 11-м классе знакомим учащихся с общимиспособами получения металлов, а также с проблемами утилизации отходов припереработке металлов.
1. Для нейтрализации промышленныхстоков гальванического участка завода «Энергомаш» города Белгородапотребовалось 60 кг негашеной извести CaO с массовой долей примесей 7%. Какая масса иона никеля Ni2+, содержащегося в стоках быланейтрализована?
(Ответ: 58,7 кг).
2. При нейтрализации промышленныхстоков белгородского завода «Ритм» было получено 300 кг осадка Cr(OH)3. Какую массуметаллического хрома можно получить из осадка, если производственные потерисоставляют 10 %
В Белгородской области питьеваявода содержит растворимые соли ионов Ca2+ и Mg2+ — сульфаты и карбонаты, обуславливающие ее жесткость.Повседневное употребление такой воды может привести к ряду заболеванийпищеварительного тракта.
3. Какие из перечисленных нижевеществ могут быть применены для снижения жесткости белгородской воды:
a) а) карбонат калия;
b) б) поваренная соль;
c) в) фосфат натрия.
Дайте обоснованный ответ, приведя уравнения соответствующихреакций.
Мы попытались взглянуть на экологические вопросы и проблемы сквозьпризму химических знаний, так как для глубокого понимания современнойэкологической ситуации (как на всей планете, так и в региональном, местноммасштабе) человеку совершенно необходимо знание химических основ или причинэтой ситуации [8].
2.2Нетрадиционные задачи по органической химии
Обучение любому предмету вшколе должно быть организовано таким образом, чтобы ученикам было интересно науроках, чтобы они стремились получать новые знания. Чтобы ученики продуктивно идеятельно работали на уроках органической химии, мы предлагаем систематическииспользовать в учебном процессе в биолого-химических классах нетрадиционныезадачи — интегрированные познавательные. В таких задачах интеграция знанийосуществляется за счет комплексного использования материала различных областейзнаний (медицины, биологии, экологии, истории) и активного поиска новойинформации. Задачи интеграции — не только вооружение учащихся целостнойсовокупностью знаний об окружающем мире, но и воспитание адекватного играмотного отношения к действительности, развитие умений самостоятельно решатьвозникающие проблемы и научно объяснять происходящие явления. При использованиипознавательных задач в ряде случаев, обучение осуществляется через опору на ужеимеющиеся знания и жизненный опыт (через объяснение обыденного с позиции науки)обучаемых. На начальном этапе интегрированные задачи используются в большейстепени с целью привлечения внимания и стимулирования любопытства или развитиялюбознательности. В этот период задачи имеют преимущественно иллюстрированныйхарактер. На последующих этапах обучения используются интегрированныепознавательные задачи проблемного характера.
1. УГЛЕВОДОРОДЫ
Задание 1.
Общение между людьми основанона зрительных и слуховых контактах. Однако для некоторых других животныхосновным способом общения является выделение химических веществ. Для того, чтобыпривлечь внимание самки домашняя муха выделяет алкена — мускалюра. Установитеего структурную формулу, если известны следующие его свойства:
а) взаимодействует с бромом,образуя бесцветный продукт состава С23Н46Вr2.
б) при озонировании иразложении озонида водой получаются вещества состава С8Н17СОНи С13Н27СОН.
Задание 2.
В состав феромона тревоги умуравьев — древоточцев входит углеводород. Каково строение углеводорода, еслипри его крекинге образуются пентан и пентен, а при его горении — 10 моль углекислогогаза.
(Отв.: декан)
Задание 3.
Самцы шмелей во время утреннегополета оставляют на растениях и предметах капельки пахучего вещества, котороепомогает остальным членам их семьи легче отыскивать пищу. Это вещество — фарнезол — С15Н26О. Установите его структуру, еслиизвестно, что при его пропускании над оксидом алюминия при 300? С образуетсяуглеводород состава
СН3 — С = СН — СН2 — СН2 — С = СН2,
| |
СН32 СН3
реагирует с металлическимнатрием с выделением водорода, а при осторожном окислении образует альдегид.
(Отв.: СН3 — (С(СН3)= СН — СН — СИ2)2 — С(СН3) = СН — СН2ОН)
2. СПИРТЫ
Задание 1.
Чтобы привлечь внимание самкашелкопряда выделяет химическое вещество — бомбикол. Улавливая его запахусиками, самцы шелкопряда начинают “танец ухаживания”. Бомбикол являетсяалкадиенолом состава С16Н29ОН. Установите его структуру,если известно, что при дегидратации он образует углеводород С16Н28,который при озонировании и последующем гидролизе образует
О О О О О О
СН3 — (СН2)2 — С С — С С — (СН2)7 — С НС
Н Н Н Н Н Н .
Его насыщенный спирт привзаимодействии с натрием образует
СН3 — (СН2)14СН2 О Nа.
(Отв.: гексодекадиен — 10, 12,- ол — 1)
Задание 2.
Для разметки территории пчелырода Trigona используют вещество состава С7Н16О.Установите его структурную формулу, если:
а) оно реагирует сметаллическим натрием с выделением водорода
б) при дегидратации переходит вуглеводород С7Н14, который при озонолизе дает смесьуксусного и валерианового альдегидов.
(Отв.: гептан — 2 — ол)
Задание 3.
Привлекающим феромоном рабочейпчелы является гераниол, привлекающий других рабочих пчел. Установите строениемолекул гераниола, если известны следующие его свойства:
а) состав молекулы С10Н18О
б) при бромировании образуетвещество
2, 3, 6, 7 — тетрабром — 3, 7 — диметилоктанол — 1.
(Отв.: 3, 7 — диметилоктадиен — 2, 6 — ол — 1)
3. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Задание 1.
При помощи химическойсигнализации и химической информации происходит своеобразный “обмен мнениями” уживотных. Муравьи для подачи сигнала тревоги выделяют вещество состава С7Н14О.Определите строения этого вещества, если оно взаимодействует с гидроксиламином,с синильной кислотой дает вещество состава С7Н15ОN, прикаталитическом гидрировании образует 4 — метилгексанол — 3.
(Отв.: 4 — метилгексанон — 3)
Задание 2.
Чтобы привлечь внимание самкиручейник выделяет вещество С8Н16О. Установите структурнуюформулу этого вещества, если оно реагирует с гидроксиламином, но не даетреакции серебряного зеркала, а при каталитическом гидрировании образует нонан — 2 — ол.
(Отв.: нонан — 2 — ОН)
Задание 3.
Половым феромоном у некоторыхручейников служит вещество состава С7Н14О. Установите егоструктурную формулу, если при гидрировании образует соединение С7Н16О,которое при дегидратации и последующем озонолизе дает смесь уксусного ивалерианового альдегидов.
(Отв.: гептан — он — 2)
Задание 4.
У красноклопов роль феромонатревоги играет вещество состава С6Н10О. Установите егостроения на основании следующих свойств: а) реагирует с аммиачным растворомоксида серебра, б) при озонолизе дает смесь масляного альдегида и диальдегидасостава СОН-СОН.
(Отв.: гексен — 2 — аль)
Задание 5.
Феромоном тревоги у медоносныхпчел является вещество состава С8Н16О. Установите егостроение, если известно, что оно при действии синильной кислоты даетоксинитрил, а при восстановлении образует нонан — 2 — ол.
(Отв.: нонан — 2 — он)
Задание 6.
Феромоном тревоги умуравьев-листорезов является цитраль. Это вещество вызывает агрессивную реакциюу муравьев: они уничтожают все живое в том месте, откуда этот запах исходит(цитраль пахнет лимонами). Установите структурную формулу цитраля, если привзавимодействии его с бромной водой образуется 2, 3, 6, 7 — тетрабром — 3,7 — диметилоктаналь — 1.
(Отв.: 3, 7 — диметилоктадиен — 2,6 — аль — 1)
Задание 7.
В состав феромонов тревоги пчелвходит вещество состава С7Н14О. Определите строение этоговещества, если известно, что оно не реагирует с аммиачным раствором оксидасеребра, а при каталитическом гидрировании образует гептанол — 2.
(Отв.: гептан — 2 — он)
Задание 8.
У насекомых, образующих семьи,имеются особые химические вещества, предназначенные для оповещения членовгруппы об опасности (феромоны тревоги). Таким веществом у некоторых муравьевявляется цитраль С10Н16О, которое обладает следующимисвойствами: а) даетреакцию серебряного зеркала; б) при взаимодействии с бромомобразует 2, 3, 6, 7 — тетрабром — 3, 7- диметилоктаналь — 1. Какое заключениеможно сделать о строении соединения?
(Отв.: 3, 7 — диметилоктадиен — 2, 6 — аль — 1)
Задание 9.
В эвкалиптовом масле содержитсяальдегид состава С7Н14О, обладающий запахом лимона.Вещество С7Н14О образует оксим, при окисленииперманганатом калия в кислой фазе превращается в смесь кислот и кетонов, привзаимодействии с бромом образует 2, 3, 6, 7 — тетрабром — 3, 7 — диметилоктаналь — 1.
(Отв.: 3, 7 — диметилоктадиен — 2, 6 — аль — 1)
Задание 10.
Запах фиалок обусловленвеществом состава С9Н14О. Какова структурная формулаэтого вещества, если при бромировании образуется 2, 3, 6. 7 — тетрабромнонаналь — 1?
(Отв.: нонадиен — 2, 6 — аль — 1)
Задание 11.
Запах гвоздики обусловленэвгенолом и веществом состава С7Н14О. Определите строениеэтого вещества, если известно, что оно не реагирует с аммиачным растворомоксида серебра, а при каталитическом гидрировании образует гептанол — 2.
(Отв.: метилпентилкетон)
4. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Задание 1.
Рыжие лесные муравьи обладаютферомоном тревоги — кислотой, которая одновременно служит оружием. Установитеего структурную формулу, если вещество разлагается при нагревании, дает реакциюсеребряного зеркала.
Задание 2.
Кисловатый вкус ягод барбарисаобусловлен высоким содержанием вещества состава С4Н5О5.Каково строение этого вещества, если при его дегидратации образуетсянепредельная дикарбоновая кислота состава С4Н4О4?
(Отв.: яблочная кислота)
Задание 3.
2) В состав облепихового маславходят ненасыщенные соединения. У них низкие температуры плавления — поэтому наморозе ягоды облепихи остаются мягкими, а клюква, рябина, брусника превращаютсяв твердые замороженные комочки. Одним из основных компонентов является веществосостава С17Н33СООН, которое обесцвечивает бромную воду,при этерификации образует с глицерином твердый жир.
(Отв: олеиновая кислота)
Задание 4.
В состав облепихового маславходят ненасыщенные соединения. У них низкие температуры плавления — поэтому наморозе ягоды облепихи остаются мягкими (а клюква, рябина, брусника превращаютсяв твердые замороженные комочки). Одним из основным компонентом масла являетсявещество состава С17Н33 СООН, которое обесцвечиваетбромную воду, при этерификации с глицерином образует твердый жир. Каковаструктурная формула вещества?
(Отв.: олеиновая кислота)
Задание 5.
Лавровый лист — высушенный листлавра благородного. Аромат обусловлен эфиром. Установите его структурнуюформулу, если известно, что при его гидролизе образуется лауриловый спирт СН3 — (СН2)10 — СН2ОН и лауриновая кислота СН3 — (СН2)10 — СООН.
(Отв.: лауриловый эфирлауриновой кислоты)
Решение задач формируетопределенный стиль мышления и развивает интеллектуальные умения учащихся.Успешность развития учебной деятельности зависит от активности обучающегося.Важно, чтобы задача создавала положительную установку на дальнейшую активнуюдеятельность Само решение задач — это активный познавательный процесс.Интегрированные задачи способствуют формированию познавательных мотивов(ставить учащихся перед необходимостью творческого использования имеющихся уних знаний и приобретения недостающей информации) [10,11].
ГЛАВАIII. УРОК «ПРАКТИКУМ ПО РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ КУРСА ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ С ЭКОЛОГИЧЕСКИМСОДЕРЖАНИЕМ»
Цель. Описывать и объяснятьзадачи с экологическим содержанием. Оптимальное использование в учебномпроцессе таких задач позволяет приблизить теоретический материал к жизни,сделать его менее академичным. В поисках ответа на вопрос задачи ученикневольно соприкасается с проблемами защиты природы и получает реальныевозможности использовать приобретенные знания на практике.
Задачи, которые даютвозможность раскрыть сущность функционирования природных систем и выявитьэкологические проблемы
1. Рассчитайте объем СО2,возвращенного в круговорот углерода в результате деятельности метанокисляющихбактерий, если ими было утилизировано из воздуха 4,8 т СН4. Процессбиологического окисления метана идет ступенчато:
СН4 СН3ОН НСНО НСООН СО2.
Масса СН4 ватмосфере равна 4,3•108 т, а общая масса СО2 – 2,3•1012т.
2. ПДК фенола у местводопользования составляет 0,001 мг/л. Рассчитайте, во сколько раз концентрацияфенола будет превышать ПДК, если в водоем вместимостью 104 м3со сточными водами коксохимического предприятия было сброшено 47 кг фенола.
3. В лабораторных спиртовкахэтиловый спирт сгорает с выделением СО2 и Н2О. Вычислитеобъем СО2, который накопился в химическом кабинете объемом 288 м3,если на каждом из 18 столов за время работы учеников сгорает 2,3 г спирта.
Рассчитайте объемную долю СО2и поясните, окажет ли он влияние на самочувствие учащихся, работающих вкабинете, если учесть, что объемная доля СО2 в атмосферном воздухесоставляет 0,03%. Если же его содержание превышает 4%, то происходитраздражение дыхательных путей, возникают шум в ушах и головная боль.
4. В питьевой воде былиобнаружены следы вещества, обладающего общетоксическим и наркотическимдействием. На основе качественного и количественного анализов этого веществабыло установлено, что это производное фенола и массовые доли элементов в немравны: 55% С, 4,0% Н, 14,0% О, 27% Cl.
Установите молекулярную формулувещества. Составьте уравнения реакции его получения, укажите возможные причиныпопадания этого вещества в среду.
Задачи, в которых отражены вопросырегулирования состояния природной среды, разработки мер по предотвращениюнегативных последствий антропогенного воздействия
5. Из 1 м3 древесныхотходов можно получить 60 л метанола. Рассчитайте массу формалина (40%-гораствора формальдегида), который можно получить при окислении указанного объемаспирта (CH3OH = 0,791 г/см3).
6. Один из способов очисткикоксового газа от оксидов азота(II) – использование метана:
/>
Какой объем СН4расходуется в час на взаимодействие с NO на установке по очистке коксового газапроизводительностью 130 тыс. м3/ч, если в 1 м3 коксовогогаза содержится 6 см3 NO?
6. В промышленности винилхлоридполучают пиролизом дихлорэтана (1-я стадия):
/>
В настоящее время осуществленсбалансированный (безотходный) синтез винилхлорида. Для этого выделяющийся припиролизе HCl смешивают с этиленом и кислородом, а затем эту смесь подвергаютокислительному хлорированию в присутствии катализатора хлорида меди(II) CuCl2на носителе (2-я стадия):
/>
Рассчитайте объем НСl (н. у.),выделившегося при пиролизе 19,8 кг дихлорэтана, и массу винилхлорида,полученного при сбалансированном синтезе. Какой объем займет этилен (н. у.),необходимый для второй стадии процесса? Оцените новую технологию получениявинилхлорида с позиции защиты окружающей среды от загрязнения.
Задачи, способствующиеформированию личностных качеств учащихся
8. В основе самоочищенияводоемов от органических загрязнителей лежит процесс их окисления. Еслиорганических веществ в воде немного, то они окисляются растворенным в водекислородом. Этот процесс ускоряется под действием солнечного света.Способствуют окислению и некоторые микроорганизмы (биологические методы).
Существуют и химические методыинтенсификации процесса окисления органических загрязнителей в воде. Какой изпредложенных ниже реагентов вы выберете для ускорения этого процесса: а)пероксид водорода; б) хлор или его кислородсодержащие производные; в)озоновоздушную смесь? Дайте обоснованный ответ.
9. Соберите непищевые отходы,накопленные вами за один день. Проанализируйте их состав. Составьте прогноз опревращениях этих веществ при попадании в окружающую среду. Опишите, как выпоступили с собранным вами мусором после проведенного анализа.
Ароматические углеводороды, ихфизиологическое действие
Бензол обладает общетоксическими мутагенным действием, а также воздействует на репродуктивную функцию женщин.Действует на почки, печень, изменяет формулу крови (уменьшает количестволейкоцитов, тромбоцитов, красных кровяных телец), нарушает структуру хромосом.
Нитробензол также обладаетобщетоксическим действием. Окисляет гемоглобин крови в метгемоглобин(метгемоглобинемия), вызывает желтушное окрашивание белков глаз,физиологические и неврологические расстройства.[8-9]
В конце урока учитель делиткласс на две группы и дает карточки с описанием ситуации и вопросами, которыепроверяет на следующем уроке.
1-я ситуация. В одном из цехованилинокрасочного завода остановили на планово-предупредительный ремонтсульфуратор (аппарат для сульфирования2), представляющий собойвертикальный чугунный аппарат высотой 3 м и объемом 600 л. На крышке имелся люкдиаметром 0,4 м для внутреннего осмотра, ремонта и доочистки аппарата. Послеудаления и нейтрализации кислой среды, пропарки системы, промывки водой,установки заглушек на трубопроводах и слива из сульфуратора при помощи сифонанеобходимо было вручную удалить остаток. Лаборант провел анализ воздушной средыв сульфураторе, отобрав пробу на глубине 1,5 м. Содержание паров бензолаоказалось равным 25 мг/м3.
Было получено разрешение напроведение работ по очистке аппарата. Рабочий без противогаза и спасательногожилета спустился в сульфуратор и через 5–10 мин потерял сознание. Получивтяжелое отравление, он полгода пролежал в больнице и затем был переведен наинвалидность с тяжелым заболеванием крови (ПДК – предельно допустимаяконцентрация – в рабочей зоне для бензола 5 мг/м3).
После спасения рабочего былсделан анализ воздушной среды в нижней части сульфуратора, который показалсодержание бензола 6000 мг/м3.
Литература
1. Винокурова Н.Ф. Интеграцияэкологических знаний. Нижний Новгород, 1996, 150 с.
2. Захлебный А.Н., СуравегинаИ.Т. Экологическое образование школьников во внеклассной работе. М., 1984, 250с.
3. Зверев И.Д. Экология вшкольном обучении. М.: Знание, 1980,80 с.
4. Куратова Е.В.., Сорокин В.В.Система экологических и химико-экологических понятий в химическом образовании.Химия в школе, 1995, № 5, с. 8-11
5. Небел Б. Наука об окружающейсреде. М.: Мир, 1993, 456 с.
6. Назаренко В.М. Программаэкологизированного курса химии для средней общеобразовательной школы. Химия вшколе, 1993, № 5, с. 3-7
7. Назаренко В.М.Контролирующие задания с экологическим содержанием. Химия в школе, 1993, № 1,с. 7-9.
8. Л.В. Деревянкина, С.Е.Клинков, Т.А. Монастырская Задачи с экологическим содержанием на уроках химии
9. Экологическое образованиешкольников. Под. ред. И.Д.Зверева, И.П.Сурангиной. М.: Педагогика, 1983, 125 с.
10. Евстафьева Е.И., ТитоваИ.М. Начальное профессиональное образование: развитие внутренней мотивацииучения //Химия в школе, №7, 2002. С.20-25.
11. Безуевская В.А. Химическиезадачи с экологическим содержанием //Химия в школе № 3, 2000. С.59-61.