Актуальные проблемы
методики обучения химии
в школьном курсе

УЧЕБНЫЙ ПЛАН КУРСА

В.М.НАЗАРЕНКО

ЛЕКЦИЯ № 7
Экологическая компонента в школьном курсе химии

Назаренко Валентина Митрофановна – доктор педагогических наук, профессор МПГУ, область научных интересов – экологическое образование и методика обучения химии.
Автор программы экологизированного школьного курса химии, всероссийского детского конкурса учебно-исследовательских экологических проектов «Вода на Земле» и «Человек на Земле».
Последние 7 лет сотрудничает с общественной экологической организацией «Российский Зеленый Крест», научный руководитель городской экспериментальной площадки школы № 422 г. Москвы по проблеме «Образование для устойчивого развития на основе ландшафтного подхода».

План лекции

• Критерии отбора экологического содержания.

• Взаимосвязь химических, экологических и природоохранных понятий.

• Особенности изучения органической химии.

• Химический эксперимент экологической направленности.

• Игра как метод обучения принятию решений.

• Контролирующие задания с экологическим содержанием.

ВВЕДЕНИЕ

Планетарный, или глобальный, масштаб вносимых человеком изменений в природные условия на Земле, предсказанный еще в начале XX в. В.И.Вернадским, уже стал реальностью. «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого» (Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука, 1965). Однако «перестройка биосферы» в настоящее время может рассматриваться только как негативный процесс. Хозяйственная деятельность человечества в значительной мере губительна для природы. Так, существенно сократилась площадь зеленого покрова планеты; подкисляются почва и вода; отходы промышленности и сельского хозяйства загрязняют природную среду; в результате сжигания больших масс органического топлива в атмосфере увеличивается концентрация углекислого газа, способного нарушить тепловой режим поверхности Земли; катастрофически уменьшаются численность и видовое разнообразие животного и растительного мира; ухудшается состояние здоровья людей. Все больше мы имеем дело с искусственной средой обитания, созданной самим человеком и подчиненной логике его интересов. Часто эти интересы вступают в противоречие с законами природы, становясь несовместимыми с ними. Современное общество – это общество потребления, и его возможности близки к исчерпанию: человечество вступает в эпоху качественного изменения своего развития.

Зависимость жизнедеятельности человека от техносферы и природной среды одновременно во многом определяет приоритеты развития общества XXI в., влияет на эволюцию культуры. Только наука и соответствующий уровень образования граждан планеты могут дать ответ на вопрос: как сохранить равновесие, как уберечь человеческую цивилизацию от гибели?

В этой связи исключительное значение приобретает экологическое образование, воспитание и просвещение населения, и в первую очередь подрастающего поколения.

Стратегической целью такого образования является создание в обществе приоритета этических норм в отношении к Природе, которые опираются на принципы, позволяющие сохранить Землю. Один из них – принцип сбалансированного бюджета Земли. Он гласит: «Не делайте ничего, что ведет к истощению физических, химических и биологических богатств Земли, на которых основана жизнь и хозяйственная деятельность человека; дефицит ресурсов Земли – это дефицит всего» (Тайлер Миллер «Жизнь в окружающей среде»).

В сфере образования важнейшим направлением становится экологизация предметного содержания. Экологизация учебного предмета предполагает введение экологической компоненты в содержание программ, учебных материалов (учебников, задачников, практикумов, дидактических материалов, пособий) и средств наглядности.

КРИТЕРИИ ОТБОРА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОДЕРЖАНИЯ

При отборе содержания следует руководствоваться рядом критериев, один из которых достаточно прост: «Экологично то, что связано с живой природой, ее состоянием». Любая информация, не отражающая отклик живого организма или природной системы на антропогенное воздействие, не относится к экологическому знанию.

Другой критерий связан с отражением в содержании тех химических процессов, которые позволяют оценить степень воздействия антропогенного фактора на природные объекты; объяснить, как ведет себя то или иное вещество в атмосфере, водоеме, почве, в организме человека; какое воздействие оказывает оно само и продукты его превращений на природные системы; понять причины деградации биологических систем вследствие изменения качества окружающей среды.

Следующий критерий акцентирует внимание на существовании неразрывной связи неживого с живым. Еще в прошлом веке (1935) русский ученый А.П.Виноградов показал, что химический состав организмов есть отражение химического состава внешней среды. Он установил, что количественное содержание тех или иных химических элементов находится в обратной пропорциональной зависимости от их относительных атомных масс: увеличение последнего параметра влечет за собой снижение содержания элемента (по массе) в организме и соответственно доли участия в обмене веществ.

И наконец, экологическое знание должно иметь практическую направленность и социальную значимость. На конкретных примерах можно показать использование результатов познания мира веществ и их превращений для организации целенаправленного и рационального природопользования в интересах общества, человека и самой природы.

Следует отметить, что в обществе бытует искаженное представление о химии (науке и промышленности) как первопричине кризисной экологической ситуации. Считается, что все беды на Земле происходят из-за чрезмерного увлечения химизацией и что единственной мерой оздоровления природной среды станет отказ от развития химической индустрии. Такой неконструктивный подход формирует у учащихся устойчивое негативное отношение к химии как к науке в целом, снижает интерес к ее познанию. Есть и другая немаловажная сторона вопроса – ученик приучается находить причины всех несчастий в чем-то или ком-то другом, не принимая во внимание свои собственные поступки, помыслы, отношение, не анализируя сущности возникшего конфликта. Тогда как ответственность человека базируется прежде всего на критической оценке своего отношения к природе, своих мыслей и деятельности.

Один из поразительных фактов в химии живых систем – это то, что для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, где-то в природе существует фермент, способный эту субстанцию разложить. Как следствие, ни одно органическое вещество не будет синтезировано, если нет средств к его разложению. Поэтому, когда человек синтезирует новое органическое вещество, по структуре значительно отличающееся от природных веществ, есть вероятность, что для этого вещества не существует разлагающего фермента и оно будет накапливаться. К таким веществам относят все ксенобиотики (чужеродные для природы вещества).

Следовательно, химик, планирующий промышленный способ получения того или иного продукта, должен выбрать такую технологию, которая бы наносила наименьший урон окружающей среде. Только в этом случае его можно назвать нравственным человеком, обладающим экологическим сознанием и экологической культурой.

При изучении химии до учащихся необходимо донести следующие идеи:

• природа в своем естественном развитии находится в динамическом равновесии;

• непосредственным результатом взаимодействия человека и природы становится изменение химического состава компонентов окружающей среды, приводящее к нарушению природного баланса;

• используя разнообразные методы химико-аналитического контроля состояния объектов окружающей среды или качества готовой продукции ряда отраслей промышленности (химической, нефтехимической, микробиологической, фармацевтической, пищевой), химия позволяет получить информацию, необходимую для последующего принятия решений по предотвращению поступления вредных веществ в контролируемые объекты, очистке этих объектов, способах их защиты и т.д.

Конкретизируя химический аспект экологических проблем, целесообразно выделить специфические положения, отражающие:

• взаимозависимость химических, экологических и природоохранных понятий;

• зависимость биологических функций веществ от их состава, строения и свойств;

• двойственную роль веществ в природных системах в зависимости от концентрации;

• взаимосвязь, взаимообусловленность и взаимозависимость живой и неживой природы как основы единства и целостности мира, в котором живет человек.

Экологическая составляющая курса химии затрагивает не только теоретический материал, но также химический эксперимент, расчетные и экспериментальные задачи, игры, экскурсии, наблюдения природы и краеведческую работу.

ВЗАИМОСВЯЗЬ ХИМИЧЕСКИХ, ЭКОЛОГИЧЕСКИХ
И ПРИРОДООХРАННЫХ ПОНЯТИЙ

Основа приобретения учащимися знаний, в том числе в области охраны природной среды, – формирование и развитие научных понятий в процессе обучения. Правильно сформированные понятия объективно отражают научную картину мира, поэтому важно отобрать такие понятия из области экологии и охраны природы, которые так же объективно отражали бы взаимодействие человека с окружающей его средой.

В школьном курсе химии традиционно выделяют две основные системы понятий: «вещество» и «химическая реакция». Однако для более полного раскрытия экологического содержания необходимо также включить понятия «химический элемент» и «химическое производство». Важно получить представление о химических элементах, составляющих основу живого вещества планеты (водород, углерод, кислород, азот, фосфор, сера). Внимание учащихся обращается на то, что эти элементы отвечают трем критериям, лежащим в основе их «отбора» природой: небольшая относительная атомная масса, малый радиус и способность образовывать кратные связи (исключение составляет водород).

Оба понятия необходимы для понимания причин изменения концентрации химических элементов в окружающей среде, установления зависимости между качественным составом внешней среды и внутренней среды организма (элементный уровень). Они играют существенную роль в обсуждении проблемы химического загрязнения среды как фактора нарушения устойчивости экосистем (и биосферы), ухудшения общего состояния здоровья населения планеты (появление новых видов болезней, мутаций, загрязнение продуктов питания, снижение их питательной ценности для человека).

Учитывая, что в курсе химии рассматривается вопрос о круговороте веществ в природе, а в экологии эта природная закономерность занимает одно из центральных положений, необходимо рассматривать круговорот веществ одновременно и как химическое (превращение веществ и энергии), и как экологическое понятие (биогеохимический круговорот веществ).

За основу отбора экологических понятий взята концепция уровней организации жизни. С позиций этой концепции выделены следующие понятия:

• «живой организм» – совокупность признаков, характеризующих живую материю;

• «экологическая система», или «экосистема», – сообщество живых организмов, возникшее в природе на основе взаимодействия организмов между собой и неорганической средой обитания;

• «биосфера» – биологическая система, включающая все живые организмы Земли, глобальная экосистема;

• «биогеохимический круговорот веществ» – повторяющиеся процессы превращения и перемещения веществ в природе, имеющие более или менее циклический характер;

• «экологические факторы» – абиотические, биотические, антропогенные факторы среды, оказывающие влияние на организмы;

• «окружающая среда» – среда обитания и производственной деятельности человека, которую можно рассматривать как целостную систему взаимосвязанных и взаимозависимых природных и антропогенных объектов и явлений (включает природную, техногенную и социальную среды).

Понятие «охрана природы» имеет несколько толкований. Если подходить к природе как универсуму планеты Земля, то оно включает мероприятия по сохранению глобальной системы жизнеобеспечения человечества. В более узком смысле это понятие можно рассматривать как систему мер:

• направленных на рациональное использование и воспроизводство природы Земли;

• обеспечивающих сохранение и восстановление (возобновляемых) природных ресурсов;

• предупреждающих прямое и косвенное влияние результатов деятельности общества на природу и здоровье человека;

• поддерживающих в необходимых пределах физические, химические и биологические параметры функционирования природных систем.

К основным природоохранным понятиям следует отнести:

• «производство экологически безопасных продуктов и материалов».

Химические, экологические и природоохранные понятия тесно взаимосвязаны. Например, понятие «химический элемент» позволяет описать качественный и количественный состав живой и неживой (неорганической) природы, ввести понятие «биогенные элементы» (элементы, необходимые для существования живых организмов); сформировать понятие о макро- и микроэлементах и их биологической роли; раскрыть понятие о взаимозаменяемости элементов в природе (в случае их избытка в окружающей среде, например, вследствие чрезмерного загрязнения) и проанализировать негативную сторону этого процесса; сформировать одно из основных понятий экологии – биогеохимический круговорот элементов в природе – и рассмотреть это понятие на атомно-молекулярном, электронном и ионном уровнях, установить причины нарушения биогеохимических циклов.

При формировании понятия «вещество» (после изучения состава, строения и свойств каждого конкретного вещества) появляется возможность обратить внимание учащихся на некоторые важные биологические функции в организме, на двойственную роль веществ в природе в зависимости от их концентрации (избыток или недостаток одного и того же вещества оказывает на организм различное воздействие). При обсуждении проблемы загрязнения окружающей природной среды целесообразно ввести новые понятия: «предельно допустимая концентрация» (ПДК) для опасных соединений и «лимитирующий экологический фактор», позволяющий учесть процесс биологического накопления вещества при его продвижении по пищевым цепям даже в том случае, если ПДК не превышена. В качестве примера можно рассмотреть случаи образования новых веществ с сильным токсическим действием из веществ, менее токсичных или даже безвредных (превращение нитратов в нитриты и нитрозамины, образование пероксиацилнитратов и озона из углеводородов и оксидов азота при фотохимическом смоге и др.). Следует обсудить также природоохранные мероприятия, направленные на сохранение природной среды и стабильности природных циклических процессов, на предупреждение загрязнения среды обитания живых организмов, на обезвреживание и утилизацию опасных химических соединений.

Понятие «химическая реакция» позволяет раскрыть сущность химических и некоторых биохимических процессов, протекающих в биосфере без учета антропогенного фактора. К ним можно отнести горение, дыхание, гниение, фотосинтез, обменные процессы в почве и водоемах. Химические реакции, обусловленные антропогенным воздействием на окружающую среду, многочисленны. В качестве примеров можно привести образование кислотных осадков, разрушение озонового слоя, фотохимические реакции в атмосфере, коррозию металлов, переход нерастворимых форм соединений в растворимые (соли тяжелых металлов).

Большой интерес представляют химические реакции, лежащие в основе защиты окружающей природной среды. Это процессы нейтрализации, обезвреживания (перевод в нетоксичные соединения), сжигания, получения труднодоступных для организма форм соединений.

Если ввести понятие о биокаталитических процессах, то тем самым можно значительно расширить понятие «каталитическая реакция». Важный момент здесь – формирование представлений об изменениях в основных циклах биогеохимических круговоротов веществ, связанных с процессами загрязнения биосферы и приводящих к ацикличности (размыканию природных циклов). Суть таких изменений сводится к нарушению хода биокаталитических процессов (их ускорению или замедлению) из-за изменения концентрации реагирующих веществ или появления других, неспецифичных для природы, биокатализаторов. Здесь можно рассмотреть природоохранные мероприятия, направленные на поддержание равновесных условий биохимических и химических процессов в биосфере.

Формирование знаний об основах химического производства сопровождается развитием представлений о загрязняющих веществах, источниках загрязнения, позволяет анализировать последствия включения в природный круговорот веществ продуктов и отходов химического производства, причины нарушения природного баланса в экосистемах и биосфере в целом. Понятие «химическое производство» тесно связано с такими важнейшими природоохранными понятиями, как «малоотходные, экологически безопасные технологии», «водооборотная система», «рациональное природопользование» и др. Здесь необходимо рассмотреть меры по предотвращению загрязнения окружающей среды, ввести понятие о мониторинге (системе наблюдений, оценки и прогноза состояния природной среды), одна из целей которого – выявление антропогенных загрязнений.

Химическое загрязнение природной среды отрицательно сказывается на жизнедеятельности биологических систем, поэтому важно знать ряд закономерностей, позволяющих предположить реакцию организмов на изменение качественного состава внешней среды, возможные негативные процессы, влекущие за собой болезни или даже гибель особи. Эти закономерности касаются распространения элементов в природе, концентрации их в живых организмах, доли участия в обмене веществ (метаболизме), проявления токсичности и конкурентных отношений.

Вот некоторые из них.

1. Количественное содержание элементов в живом веществе находится в обратной пропорциональной зависимости от величины их относительных атомных масс.

2. С возрастанием атомного номера (или относительной атомной массы) снижается содержание элементов в природе, а следовательно, и живом организме, и уменьшается доля их участия в обмене веществ (в метаболизме).

3. С увеличением атомного номера, относительной атомной массы и радиуса атома (в группах периодической системы) возрастает токсичность элементов (в соединениях, а для некоторых элементов и в виде простых веществ, например для ртути: ее пары ядовиты).

4. Элементы-аналоги в природной среде вступают в конкурентные отношения и могут взаимозаменяться в живых организмах, оказывая тем самым влияние на структуру биомолекул, их биохимическую активность, на биохимические процессы. Примерами конкурентных пар, возникающих при загрязнении природной среды, могут служить: Ca – Ba, Zn – Hg, Fe – Ni (Co),
S – Se, Ni – Cd, Zn – Cd, Al – Ca, Al – Fe, Mg – Mn, K – Li, K – Tl, Ca – Sr, Ni – Cu, все галогены между собой.

Сведения о биологической взаимозаменяемости химических элементов иллюстрируют зависимость химических свойств элементов и их биологической функции от строения атомов. Взаимозаменяемость наблюдается всегда при недостатке в почве одних элементов и повышенном содержании других (например, при загрязнении среды). Этот процесс объясняется прежде всего аналогичным строением атомов элементов, сходными химическими свойствами и близкими величинами радиусов ионов. Например, замена натрия или калия в организмах животных и человека на литий вызывает расстройства нервной системы, т.к. в этом случае изменяется разность потенциалов на клеточных мембранах нервных клеток и клетки не проводят нервный импульс. Подобные нарушения приводят к шизофрении.

Кальций при его недостатке в почве заменяется в организме человека на стронций. Ионы стронция настолько близки по характеристикам к ионам кальция, что включаются в обмен веществ вместе с ними, но, обладая большей скоростью обмена и значительно отличаясь по размеру, они постепенно нарушают нормальную кальцификацию скелета. Особенно опасна замена кальция на стронций-90, в огромных количествах накапливающегося в местах ядерных взрывов (при испытании ядерного оружия) или при авариях на АЭС. Этот радионуклид разрушает костный мозг.

Галогены как элементы-аналоги могут очень легко взаимозаменяться в организме. Избыток фтора в организме человека (фторированная вода, загрязнение почвы соединениями фтора вокруг предприятий по производству алюминия и другие причины) препятствует поступлению в него йода. В связи с этим возникают заболевания щитовидной железы и эндокринной системы в целом.

Подобную информацию учащиеся могут получить при изучении темы «Периодическая система», когда будут знакомиться с закономерностями, проявляющимися в главных и побочных подгруппах.

ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Курс органической химии достаточно сложен для восприятия и усвоения. Учащиеся часто утрачивают к нему интерес уже после первой темы. Однако трудно переоценить мировоззренческое значение изучения органических веществ, из которых состоит весь природный мир Земли и каждый из нас. Введение экологической компоненты поможет ученику взглянуть на этот мир «изнутри», не только раскрыть особенности строения и свойства биомолекул, но и понять причины проблем, которые возникают в природной среде (на уровне отдельных организмов, экосистем и биосферы в целом).

Изучение курса органической химии следует начинать с выявления особенностей атома углерода. Как истинный биофил, углерод обладает небольшой относительной атомной массой, малым радиусом и способностью к образованию кратных связей. Это единственный элемент, который может сохранять в цепях одновременно одинарные, двойные и тройные связи. Ковалентные связи между атомами углерода обеспечивают устойчивость и самосохранение разнообразных сложных структурных образований с большим запасом энергии, что очень важно для жизнедеятельности организмов.

Молекулы на основе атомов углерода, помимо того что прочны, еще и подвижны, гибки и могут геометрически приспосабливаться друг к другу. Повороты отдельных групп в молекулах без разрыва связей C—C (конформационная подвижность) определяют свойства биополимеров. По цепям сопряженных связей в биомолекулах осуществляется передача энергии. Кроме того, если в углеродной цепи содержится более пяти сопряженных связей, то такие молекулы поглощают свет видимой части спектра и приобретают окраску.

Большой интерес у учащихся может вызвать информация о закономерностях, отражающих взаимосвязи в системе «строение — свойства», на примере проявления веществом токсичности.

Зависимость токсичности веществ от их строения

1. В гомологическом ряду сила наркотического действия и токсичность веществ возрастают с увеличением числа атомов углерода в молекуле.

2. Разветвление углеродных цепей ослабляет наркотическое и токсическое действие; напротив, при замыкании цепи токсичность веществ возрастает.

3. Наличие кратных связей увеличивает химическую активность органических соединений. Это может вызвать усиление наркотического и токсического эффектов, а порой даже изменить характер воздействия вещества. Например, такие соединения могут обладать раздражающим действием.

4. Воздействие токсического вещества зависит от его концентрации, что зачастую обусловлено такими показателями, как летучесть (зависит от температуры кипения) и растворимость. (Вещество попадает в организм либо в растворенном состоянии, либо непосредственно растворяется в жидкостях организма.)

Знание перечисленных закономерностей поможет учащимся более осмысленно и целенаправленно подойти к анализу структур органических соединений и по возможности прогнозировать их свойства с позиций воздействия на живые объекты природы.

ХИМИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ

Химический эксперимент – неотъемлемая часть обучения химии. В условиях экологизации химического образования роль эксперимента возрастает. Он становится активным методом изучения окружающей природной среды, способствует формированию и совершенствованию знаний в области химии, экологии и охраны природы. Благодаря эксперименту учащиеся лучше овладевают курсом химии, воспитывается нравственное отношение к окружающему миру. Под руководством учителя школьники учатся анализировать разнообразные экологические ситуации, прогнозировать функционирование природных систем в условиях антропогенного воздействия, находить решения, направленные на защиту и сохранение среды обитания.

Химический эксперимент с экологической ориентацией предполагает: 1) определение состояния природного окружения с использованием аналитических методов; 2) переработку отходов, образующихся в результате химических реакций (уничтожение веществ, их обезвреживание с последующим помещением во внешнюю среду или повторное использование в учебном процессе).

При разработке химического эксперимента можно использовать различные подходы.

1-й  п о д х о д. Химическое содержание эксперимента сохраняется, но обязательным элементом становится экологическая чистота проведения опыта, которая достигается либо хорошей герметизацией лабораторного оборудования, либо нейтрализацией или обезвреживанием продуктов реакций, либо заменой опасных для здоровья реактивов на безопасные. Например, при демонстрации опыта, в котором образуются токсичные продукты, используют поглотители на выходе из реакционного сосуда.

Демонстрационный опыт 1.
Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью

Опыт небезопасен из-за продукта реакции – оксида азота(IV) – токсичного вещества, поражающего альвеолярную ткань легких, вызывающего расширение сосудов, снижение кровяного давления, повреждение эритроцитов крови, химические некрозы зубной эмали.

Опыт демонстрируют с использованием традиционного лабораторного оборудования, дополненного поглотительной склянкой для обезвреживания оксида азота(IV). Склянку заполняют либо раствором щелочи, либо гидрокарбонатом натрия. В качестве поглотителя используют также водный раствор аммиака и карбонат аммония. В этом случае образуется нитрит аммония – нестойкое соединение, которое разлагается с выделением воды и элементарного азота – экологически безвредных веществ.

2-й  п о д х о д. Химическое содержание эксперимента сохраняется, но становится ориентированным на экологическую проблему.

Демонстрационный опыт 2.
Действие кислот на карбонаты

В опыте используют скорлупу куриного яйца, на которую действуют раствором соляной кислоты. С помощью известковой или баритовой воды доказывается выделение углекислого газа. Опыт иллюстрирует факт снижения численности птиц в районах выпадения кислотных дождей.

3-й  п о д х о д. Химическое содержание заменяется на экологическое при сохранении смысловой нагрузки эксперимента или тематического раздела курса.

Все опыты должны быть безвредны и безопасны для учащихся, при необходимости для их постановки используют полумикрометод.

Демонстрационный опыт 3.
Разложение пероксида водорода каталазой крови

Опыт демонстрирует одну из биологических функций железа (каталаза – геминовый фермент, содержащий железо). Обсуждаются причины появления большого числа заболеваний крови, связанных с загрязнением окружающей среды.

Демонстрационный опыт 4.
Действие на белок минеральных кислот,
щелочей, фенола и солей тяжелых металлов

В указанных случаях происходит осаждение белков. Природные белки теряют присущие им специфические свойства, становятся нерастворимыми, денатурируют. Опыты по осаждению белков свидетельствуют о том, что загрязнение природной среды кислотами, щелочами, фенолами, ионами тяжелых металлов имеет отрицательные последствия для живых организмов.

Экологизация химического эксперимента невозможна без включения в него исследовательской компоненты, поскольку только в этом случае у учащихся формируется широкий спектр практических умений: постановка проблемы, планирование эксперимента, проведение наблюдений, сбор данных, овладение разнообразными методами и методиками исследования, обработки, анализа и обсуждения результатов, оценки реальной экологической ситуации и прогнозирования последствий проведения природозащитных мероприятий.

Исследовательская компонента может быть реализована через систему нетрадиционного химического эксперимента, основу которого составляют: 1) моделирование экологических ситуаций, адекватных реально существующим; 2) имитация некоторых природных процессов и явлений;
3) определение биогенных элементов в биологическом материале; 4) оценка качества сельскохозяйственной продукции и продуктов питания.

Химический эксперимент является неотъемлемой частью проектной деятельности. Проекты могут быть определены на уроке в ходе обсуждения какой-либо экологической проблемы, выполнены во внеурочное время, а результаты представлены либо снова на уроке, либо на ученической конференции. Объектами проектов являются: помещения и территория школы, воздух, вода (атмосферные осадки, ливневые и талые воды, питьевая вода, вода водоемов), почва, растительность, продукты питания.

П р и м е р ы  п р о е к т о в

• Нитраты в продуктах питания. Составление дневного баланса потребления нитратов.

• Изучение обеспеченности питьевой воды соединениями фтора и количественное определение этого элемента во фторсодержащих зубных пастах.

• Мониторинг (наблюдение, проверка) загрязнения пищевых продуктов и питьевой воды соединениями алюминия.

• Значение железа для жизни человека и других живых существ, мониторинг содержания железа в водопроводной воде.

• Мониторинг содержания активного хлора в питьевой воде.

• Сравнительная оценка минеральных бутилированных вод, пищевой соли, зубных паст, поступающих на реализацию в торговую сеть.

Другие темы: «Городская река», «Загрязнение атмосферного воздуха микрорайона», «Исследование загрязнения почвы, воды и растений ионами тяжелых металлов», «Бытовая химия и здоровье человека», «Что мы пьем, в чем купаемся?», «Может ли сок быть сухим: проблемы безопасного питания» и др.

Участие в проекте развивает у школьников уверенность в том, что они сами способны находить и принимать верные решения, в основе которых лежит научное знание.

ИГРА КАК МЕТОД ОБУЧЕНИЯ ПРИНЯТИЮ РЕШЕНИЙ

В экологическом образовании приоритетными методами считаются методы игрового активного обучения. Игры можно разделить на три группы: 1) игры, вводящие в суть проблемы охраны природы; 2) игры, инициирующие творческую активность учащихся в области поиска конкретных решений экологической проблемы; 3) игры, позволяющие получить практические навыки по изучению и оценке экологического состояния местности, моделированию экологического благополучия данной территории, проведению экологической экспертизы и коллективному обсуждению проблемы и ее решения. Ниже приведены примеры игр, используемых на уроках.

«Экологическая экспертиза»
(обучение анализу текстов)

В классе формируются группы по 5–6 человек. Каждая группа получает одинаковый по содержанию текст об экологическом состоянии конкретной местности. Группы анализируют текст в рамках указанных направлений: 1-я группа – почва; 2-я группа – воздух и состояние атмосферы; 3-я группа – вода; 4-я группа – состояние флоры; 5-я группа – состояние фауны. Затем от каждой группы зачитывается часть текста, которая отражает конкретное направление.

Задание. Все участники должны определить характер предприятия, расположенного в данной местности, технологическую схему производства, потоки вредных выбросов и идею создания экологически безопасного производства.

«История погибшего озера»
(или любого другого природного объекта: луга, дубравы, реки)

Ученикам предлагается ситуация: на берегу озера расположено химическое предприятие (указывается какое), деятельность которого привела к гибели этого природного объекта.

Задание 1. Восстановите последовательную цепь событий, начиная с того момента, когда озеро было живым, до его гибели.

Задание 2. Предложите меры по восстановлению озера, если известно, что источники, питавшие его, остались живыми (мелкие лесные ручьи, подземные грунтовые воды).

«Найди ошибку»

Команды (по 4–5 человек) получают схему производства. В схеме допущены ошибки (технологические, химические, нарушена техника безопасности), из-за которых нанесен ущерб окружающей природной среде или здоровью человека. За строго отведенное время команды должны найти эти ошибки, указать пути их устранения и способы ликвидации последствий загрязнения из числа тех, что перечислены на листе задания. Выигрывает команда, быстрее всех справившаяся с заданием.

КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ЗАДАНИЯ
С ЭКОЛОГИЧЕСКИМ СОДЕРЖАНИЕМ

Процесс обучения включает в себя важный этап – контроль знаний и умений. С помощью контроля можно оценить соответствие реально полученных результатов обучения запланированным.

Цели экологического образования придают этому этапу некоторую специфику, поскольку у учащихся должна быть сформирована не только система знаний и умений в области изучения окружающей природной среды, но и система отношений к экологическим проблемам.

В этой связи представляют интерес задания четырех типов.

Задания 1-го типа имеют несколько решений (ответов), из которых учащийся может выбрать одно в соответствии со своей нравственной позицией.

Такие задания позволяют подвести учащихся к оценке «добра» и «зла» в отношении природы в целом или ее отдельных объектов.

Задания 2-го типа требуют от учащихся выработки самостоятельного решения по какой-либо экологической проблеме (ситуации).

Эти задания дают возможность определить способность учащегося абстрагироваться, анализировать ситуацию, а также позволяют оценить степень ответственности, которую он может взять на себя.

Задания 3-го типа предусматривают оценку (анализ) экологической ситуации, прогнозирование возможных последствий и выбор природозащитных мер.

Задания позволяют оценить глубину знаний учащихся и понимание ими природных закономерностей, поведения биологических систем в условиях антропогенного пресса. Проверяется умение выбрать способ защиты природной среды от загрязнения и деградации.

Задания 4-го типа требуют объяснения явлений и процессов, происходящих в природной среде естественно или вызванных хозяйственной деятельностью человека.

Такие задания позволяют оценить уровень сформированности у учащихся умения переносить химические знания в сферу экологических проблем.

Задания 1-го типа

1. После окончания лабораторной работы по химии ваш товарищ вылил использованные реактивы в раковину, а не в специально приготовленную для этих целей емкость. Как вы поступите? Выберите вариант ответа:

а) выльете свои реактивы туда же, куда и он;

б) объясните ему, почему этого не следует делать;

в) расскажете о его действиях учителю.

2. Как вы поступите, если, прогуливаясь по берегу водоема, увидите ржавое ведро возле старого кострища? Выберите вариант ответа:

а) очистите берег, выбросив ведро в воду;

б) не обратите на него внимания;

в) отнесете ведро на ближайшую свалку или закопаете его в землю.

3. Один из путей защиты биосферы от загрязнения – очистка отходящих газов и сточных вод промышленных предприятий. Современные очистные сооружения достаточно эффективны, но дорогостоящи. Вы – директор крупного завода и имеете в своем распоряжении значительную сумму денег. Как вы поступите при решении проблемы очистки отходов? Выберите вариант ответа:

а) положите деньги в банк для уплаты штрафов за загрязнение окружающей среды – это выгоднее (по деньгам) строительства очистных сооружений;

б) вложите деньги в строительство очистных сооружений;

в) часть денег вложите в расширение производства, а часть используете для увеличения зарплаты рабочим.

4. Вы – заместитель директора фабрики детских игрушек. Вам предложили новую краску, содержащую кадмий, более дешевую и яркую, чем та, которая есть на фабрике. В результате ее использования фабрика получит большую прибыль. Как вы поступите, если знаете о токсичности красителей, содержащих кадмий? Выберите вариант ответа:

а) согласитесь на покупку новой краски;

б) будете против этого решения;

в) пойдете на компромисс и предложите выпускать 50% игрушек с использованием новой краски и 50% – со старой.

В случае выбора учащимися «безразличных», негативных или неверных ответов следует организовать обсуждение предложенных ситуаций (проблем), убедить учащихся в ошибочности их оценки и подвести к правильному решению.

Задания 2-го типа

1. Вам выданы образцы воды, взятой из разных источников (они указаны на этикетках). Предположительно в них содержатся ионы Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺ и Pb²⁺. Составьте план их определения. Предложите способы очистки воды от этих ионов. Каковы будут ваши действия, если концентрация указанных ионов в образцах будет слишком высокой (значительно превышать ПДК)?

2. Вы с родителями едете на машине за город, останавливаетесь у водоема и видите, что возле кромки воды стоит грязная машина, которую собираются вымыть. Ваша машина тоже требует мойки. Ваши действия? Почему именно так вы поступите? Предложите план исследования, иллюстрирующего действие нефтепродуктов (масел, бензина) на живые организмы.

Задания 3-го типа

1. Проследите «судьбу» элемента фосфора (или другого биогенного элемента) в биосфере (круговорот фосфора в природе). Укажите его химическую форму в каждой «точке покоя». Опишите эпизод, в котором элемент фосфор тем или иным путем попадает в озеро. Предположите последствия, которые повлечет за собой накопление этого элемента в водоеме.

2. Назовите антропогенные источники биогенного элемента (например, азота) в водоеме. Оцените возможные экологические последствия. Предложите пути возвращения элемента в круговорот и сохранения водной экосистемы.

Задания 4-го типа

1. Почему в зимнее время в водоемах сохраняется жизнеспособность их обитателей?

2. Объясните факт отравления людей съедобными моллюсками, выловленными из зоны моря, загрязненной нефтепродуктами (или соединениями ртути, например метилртутью).

3. Какие процессы могут привести к снижению доступности для наземных растений следующих ионов: РО₄^3–, СО₃^2–, SO₄^2–, NO₃^–, NH₄+ ?

4. Фтор поступает в организм человека с продуктами питания и водой. В некоторых районах содержание фтора в питьевой воде в пересчете на фторид натрия составляет 2 мг/л. Рассчитайте массу фтора, попадающего ежедневно в организм человека, если он потребляет в сутки примерно
2 л воды. Напишите уравнение диссоциации фторида натрия и укажите, в каком виде фтор поступает в организм. К чему может привести избыток фтора в организме человека?

В заключение следует подчеркнуть, что биосфера конечна, она имеет вполне определенные геометрические размеры и биологические возможности. Поэтому нельзя получить от природы больше, чем она может дать.