Из лпыта применения кейс-технологии на уроках химии

ГКОУ РО «Ростовская санаторная школа-интернат №28»

Моя педагогическая инициатива.

Из опыта применения кейс технологии на уроках химии.

Кацаба Вера Петровна

В условиях  реализации новых стандартов образования перед учителями и учащимися стоят многоплановые задачи, направленные не на усвоения новых знаний, как таковых, а на умение их добывать. Таким образом, учитель обязан предложить ученику новые формы работы, новые технологии добычи знаний.

Кейс – технология – одна из них.

Кейс технологии представляют собой группу образовательных технологий, методов и приёмов обучения, основанных на решении конкретных проблем и конкретных  задач. Их относят к интерактивным методам обучения, они позволяют взаимодействовать всем обучающимся, включая педагога. Название технологии произошло от латинского слова «casus»  – запутанный необычный случай; а также от английского case – портфель, чемоданчик. Происхождение терминов отражает суть технологии. Учащиеся получают от учителя пакет документов (кейс), при помощи которых либо выявляют проблему и пути её решения, либо вырабатывают варианты выхода из сложной ситуации, когда проблема уже обозначена.

Использование кейс технологий имеет ряд достоинств. В данном случае, акцент обучения переносится на самостоятельную выработку знаний, а не на овладение готовым знанием (что соответствует новым ФГОС). Учащиеся получают социально значимый  опыт решения проблем, возможность соотносить теории и концепции с реальной жизнью. У ребят развивается умение слушать и понимать других людей – коммуникативная компетенция, умение работать в команде. Кейс технологии предоставляют больше возможностей для работы с информацией, оценки альтернативных решений, что очень важно в настоящее время, когда ежедневно возрастают  объемы информационных потоков, освещаются различные точки зрения на одно и то же событие.  К их достоинствам можно отнести:

v  доступность, как возможность организации самостоятельной работы в электронной библиотеке, так и дома;

v  наглядность, т.е. красочные иллюстрации, видеофрагменты, мультимедиа-компоненты, схемы;

v  звуковое сопровождение лекций;

v  наличие интерактивных заданий;

v  анимированные примеры решения задач.

Работа в режиме кейс-метода  ориентирована на технологии проблемного, проектного обучения.

Особенности кейс-метода:

Метод представляет собой

-            разновидность исследовательской аналитической технологии, т.е. включает в себя операции исследовательского процесса, аналитические процедуры.

-            Это технология коллективного обучения, важнейшими составляющими которой выступают работа в группе (или подгруппах) и взаимный обмен информацией, включая процедуры индивидуального, группового и коллективного развития, формирования многообразных личностных качеств обучаемых.

-            Это специфическая разновидность проектной технологии.

В рамках кейс-метода  формируется  проблема и пути её решения на основании «кейса», который выступает одновременно в виде технического задания и источника информации для осознания вариантов эффективных действий.

Кейс технологии предназначены для получения знаний по тем дисциплинам, где нет однозначного ответа на поставленный вопрос, а есть несколько вариантов  ответов, которые не вызывают сомнения в истинности,

Классификация «кейсов.

Существуют разные подходы классификации «кейсов». Например:

а) практические кейсы

б) обучающие кейсы

в) научно-исследовательские кейсы или по классификации Гарвардской школы;

Типы кейсов (Гарвардская школа)	Создание проблемной ситуации	Подготовка кейса	Содержание кейса	Выбор, создание итогового решения
Обучающий кейс (Case-stated method). Stated- установленный, зафиксиро-ванный	Преподава-тель задает, определяет проблему	Педагог го-товит кейс	Кейс содер-жит 2-3 гото-вых варианта решения по рассматрива-емой проблеме	Обучающимся предлагается высказать свои мнения. И в итоге  педагог сам выбирает и обосновывает вариант, ком-ментируя точки зрения обуча-ющихся.
Аналитичес-кий кейс (Case -incident method). Incident-при-сущий, свой-ственный, связанный	Преподава-тель задает, определяет проблему	Педагог го-товит кейс	Кейс содер-жит несколько вариантов (3-4) решения  и некоторое ко-личество ин-формацион-ных источни-ков по рас-сматриваемой проблеме	Обучающиеся должны выб-рать вариант решения и обосновать его, опираясь на материалы готового кейса
Эвристичес-кий кейс (Case-problem method). Problem- проблема, проблемная ситуация	Преподава-тель опре-деляет проблему в общих чер-тах, обуча-ющиеся конкретизи-руют проб-лему (для младших школьников конкретиза-цию проб-лемы может также осу-ществить преподава-тель)	Преподава-тель гото-вит началь-ный кейс. Обучающи-еся его до-полняют при необходи-мости	Кейс содер-жит некоторое количество информаци-онных источ-ников по рас-сматриваемой проблеме, мо-жет содержать некоторые ва-рианты реше-ний, иллюст-рирующие примеры и пр.	Обучающиеся должны выст-роить собствен-ное обоснован-ное решение, опираясь на ма-териалы гото-вого кейса. Возможно, для обоснования своей точки зрения, обучаю-щиеся дополня-ют кейс новой информацией
Исследова-тельский кейс (Case-study method). Study- исследование	Преподава-тель опреде-ляет проб-лемное нап-равление, обучающие-ся самостоя-тельно зада-ют проблему (младшим школьникам необходимо помочь в формулиров-ке проблемы)	Преподава-тель гото-вит началь-ный кейс, обучающие-ся его до-полняют	Кейс содер-жит некото-рое коли-чество инф. текстов по рассматрива-емой пробле-ме	Обучающиеся предлагают собственное решение.  Для обоснования своей точки зрения либо до-полняют гото-вый кейс новой информацией, либо, в зависи-мости от реше-ния, готовят новый кейс

Основная задача практического кейса заключается в том, чтобы детально и подробно отразить жизненную ситуацию. Этот кейс создает практическую, «действующую» модель ситуации. При этом учебное назначение такого кейса может сводиться к тренингу обучаемых, закреплению знаний, умений и навыков поведения (принятия решений) в данной ситуации. Такие кейсы должны быть максимально наглядными и детальными. Главный его смысл сводится к познанию жизни и обретению способности к реальной профессиональной деятельности.

Обучающий кейс, в отличие от практического, отражает жизнь не «один к одному». В обучающем кейсе на первом месте стоят учебные и воспитательные задачи, что предопределяет значительный элемент условности при отражении в нем жизни. Ситуация, проблема здесь не реальные, практические. Они характеризуются искусственностью, «сборностью» из наиболее важных деталей. Такой кейс мало дает для понимания конкретного фрагмента общества, однако он обязательно формирует подход к такому фрагменту.

Подобное же свойственно и для исследовательского кейса. Его основной смысл заключается в том, что он выступает моделью для получения нового знания о ситуации и поведения в ней. Обучающая функция его сводится к обучению навыкам научного исследования посредством применения метода моделирования. Строится этот кейс по принципам создания исследовательской модели. Доминирование исследовательской функции в нём позволяет также довольно эффективно использовать его в проектно-исследовательской деятельности.

Отчет о проделанной работе в кейсы – технологиях  могут быть представлены в различной форме: от нескольких предложений на одной странице до множества страниц или в форме презентации.

Хороший кейс должен:

-            соответствовать чётко поставленной цели создания;

-            иметь уровень трудности в соответствии с возможностями обучающихся;

-            быть актуальным на сегодняшний день;

-            быть ориентированным на коллективную выработку решений;

-            иметь несколько решений, (принципиальное отсутствие единственного решения), чем провоцировать дискуссию.

В своей работе  я применяю элементы кейс – технологий. Например, обучающий тест в теме коррозия металлов. Тип кейса: обучающий.

Задание:

В начале XX века из Нью-Йоркского порта вышли в открытый океан красавица-яхта. Её владелец, американский миллионер, не пожалел денег, чтобы удивить свет. Корпус был сделан из очень дорогого в то время алюминия, листы которого скреплялись медными заклепками. Это было красиво-сверкающий серебристым блеском корабль, усеянный золотистыми головками заклепок! Однако через несколько дней обшивка корпуса начала расходиться, и яхта пошла быстро ко дну.

Задания.

1. Почему затонула яхта? Предложите свой способ спасения яхты.

2.Исследуйте свою квартиру, дом и установите, где использованы антикоррозионные покрытия. Постройте классификацию антикоррозионных покрытий на основании областей их применения.

3. Найдите дополнительную информацию о коррозии и способах борьбы с ней.

4. Отчет о проделанной работе предоставить в произвольной форме.

Информационный материал

Коррозией металлов называется их разрушение вследствие химического или электрохимического взаимодействия с внешней средой.

Химической коррозией называется процесс разрушения металлов без электрического тока, происходящий в среде сухих газов или в жидкостях, не проводящих электрический ток. Химической коррозии подвергаются поверхности корпусных конструкций при соприкосновении с перевозимыми нефтепродуктами, солью, углем и другими минералами.

Наибольшие коррозионные разрушения наблюдаются на танках, вмещающих светлые сорта нефтепродуктов — бензины, керосины и т. п.,— от воздействия на металл корпуса сернистых соединений и различных кислотных остатков, входящих в их состав.

Электрохимической коррозией является процесс разрушения металла при соприкосновении его с жидкостями, проводящими электрический ток (электролитами). Это разрушение происходит на границе между металлом и жидкостью и вызвано электрохимической реакцией, возникающей между ними, аналогично явлению, протекающему в гальваническом элементе. Таким электролитом по своему химическому составу является морская вода. Металлический же корпус судна, представляющий собой неоднородный по структуре материал, образует большое количество микрогальванических пар, являющихся анодами, с участков которых металл, корродируя, переходит в раствор.

В судостроении наибольшие потери металлов от корродирования происходят вследствие электрохимической коррозии, влияние на которую оказывает состав морской воды (наличие в ней солей и содержание кислорода).

Известно, что введение, например, в сталь легирующих элементов повышает ее антикоррозионную стойкость.

Рассматривая коррозионные разрушения корпуса, можно обнаружить следующую закономерность: наибольшему разрушению подвергается наружная обшивка корпуса в районах грузовой ватерлинии и действия гребных винтов, верхняя палуба у бортов, концевые поперечные переборки, палубы трюмов в районе льял, сварные швы и головки заклепок.

Методами борьбы с коррозией корпуса судна являются: выбор металла, обладающего наибольшей коррозионной стойкостью в определенных условиях эксплуатации судна; применение легированных сталей; нанесение на поверхность металла различных покрытий — гальванизация, металлизация и плакирование металлом (цинком, никелем, хромом и др.), лакокрасочные покрытия и установка электрохимической (катодной и протекторной) защиты, а также исключение контактов стальных конструкций с деталями из других сплавов, в первую очередь с цветными металлами.

Наиболее эффективным способом борьбы с коррозией судового корпуса является электрохимический способ, заключающийся в установке в районе предполагаемого коррозионного разрушения проекторов — металлических накладок из магниево-алюминиевого сплава или цинка, электрический потенциал которого ниже потенциала защищаемого металла. Этот способ основан на разнице электрических потенциалов металла (катода), подвергающегося коррозии, и протектора (анода).

Кроме коррозионного разрушения, на наружной обшивке в районе гребных винтов наблюдаются внешне схожие разрушения металла в виде скопления на поверхности углублений и язвочек. Такое разрушение называется эрозией металла.

Эрозия металла происходит от механического воздействия на поверхность металла быстродвижущихся частиц жидкостей, песчинок твердых тел, взвесей, газовых пузырьков и т. п. Интенсивность эрозионного разрушения зависит от однородности структуры и твердости металла. Для увеличения эрозионной стойкости в металл корпуса вводят легирующие компоненты, повышающие его прочность и антикоррозионную стойкость, производят поверхностное упрочение, закалку и проводят другие мероприятия.

Коррозия приводит к большим объемам корпусных ремонтных работ. Обрастание корпуса и коррозия требуют периодических работ для уменьшения шероховатости наружной обшивки. Химическая коррозия (окисление) характерна для незащищенных надводных стальных конструкций.

Более опасна электрохимическая коррозия, сущность которой состоит в следующем: при размещении в электролите двух элементов с разными электрическими потенциалами между ними начинает протекать электрический ток от элемента с более низким потенциалом (анода) к элементу с более высоким потенциалом (катоду). Процесс сопровождается разрушением анода. Морская вода является электролитом, стальная наружная обшивка корпуса - анодом, а ее окалина, разнородные шлаковые и газовые включения, бронзовые гребные винты, втулки дейдвудных подшипников и др. катодом.

Наиболее интенсивно распространяется электрохимическая коррозия по наружной обшивке в районе переменной ватерлинии, у кормового подзора, в местах установки донной арматуры, в районе сварных швов. Усиленно коррозируют якорные цепные ящики, льяла, двойное дно, ватервейс, настилы под деревянными покрытиями и у комингсов люков, прачечные, душевые и т. п. Для защиты наружной обшивки от коррозии и обрастания применяют противообрастающие покрытия, которые можно разделить на четыре группы: обычные, долгосрочные, самовосстанавливающиеся и само полирующиеся.

Обычные покрытия типа ХВ-53 работоспособны в течение 12-14 мес., долгосрочные - 16-24 мес., самовосстанавливающиеся - 2,5-5 лет, само полирующиеся покрытия (СПК), основанные на медленно растворяющихся в воде органических акриловых сополимерах (выделяющих при этом токсичные вещества) и образующие пленку повышенной гладкости, до 30 мес. К самополирующимся относится покрытие "Хитрон", которое набухает, поглощая до 70-80 % воды от своей массы, и сглаживает поверхность.

В последние годы разработано много устройств ультразвуковой защиты от обрастания, заставляющих обшивку корпуса слабо вибрировать, что не позволяет морским организмам и водорослям прикрепляться к ее поверхности. Для уменьшения коррозии цистерн в балластную воду и некоторые нефтепродукты добавляют специальные ингибиторы (замедлители), отдельные конструкции и узлы, трубопроводы выполняют из нержавеющей стали, поверхности определенных деталей оксидируют для образования прочной и плотной пленки окислов (обычно применяют фосфатирование).

При протекторной защите к наружной обшивке корпуса на приварных шпильках крепят изготовленные из сплавов на алюминиевой основе протекторы, являющиеся по отношению к обшивке анодом. Радиус действия протекторов ограничен. Более эффективна катодная защита, при которой в определенных районах наружной обшивки на изолированном стеклопластиком участке крепят железокремниевые или платинотитановые экраны.

Положительный полюс судового источника постоянного тока подводят к экрану (анод), отрицательный - к корпусу судна (катод). Защиту многих деталей, трубопроводов от коррозии обеспечивают цинкованием, хромированием и т. п. В последнее время получила распространение профилактическая и преддоковая очистка корпусов судов под водой. В первом случае удаляется только обрастание, а во втором - вместе с обрастанием снимается и старая краска.

Сущность очистки с помощью механического очистного органа заключается в воздействии на очищаемую поверхность пучков стальных проволок, шарошек, пластинок, скребков, ударников, которые подвергают наслоения удару, срезанию, царапанию, рыхлению и частичному заглаживанию. Наиболее распространенными средствами механизации очистки на отечественных заводах являются агрегаты с механическим рабочим органом в виде щеточных и шарошечных барабанов.

Создание эффективных и надежных дробеструйных и дробеметных агрегатов с замкнутым циклом регенерации дроби требует серьезной конструкторско-технологической проработки. Получил распространение гидродинамический способ, использующий подаваемую под давлением воду в качестве средства очистки и повышающий качество очистки.
Эффективность очистки повышается за счет совместного использования динамического и кавитационного воздействия высоконапорной затопленной струи воды на обрабатываемую поверхность. По истечении высоконапорной затопленной (при подводной очистке) струи из насадки со скоростью 32 м/с и более при давлении 0,6 МПа и более образуется кавитационная зона, заполненная выделившимися из жидкости в процессе ее расширения газами и парами.

Практическое использование ряда напряжений

Ряд напряжений используется на практике для сравнительной оценки химической активности металлов в реакциях с водными растворами солей и кислот и для оценки катодных и анодных процессов при электролизе:

·            Металлы, стоящие левее, являются более сильными восстановителями, чем металлы, расположенные правее: они вытесняют последние из растворов солей. Например, взаимодействие Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu возможно только в прямом направлении.

·            Металлы, стоящие в ряду левее водорода, вытесняют водород при взаимодействии с водными растворами кислот - неокислителей; наиболее активные металлы (до алюминия включительно) — и при взаимодействии с водой.

·            Металлы, стоящие в ряду правее водорода, с водными растворами кислот - неокислителей при обычных условиях не взаимодействуют.

·            При электролизе металлы, стоящие правее водорода, выделяются на катоде; восстановление металлов умеренной активности сопровождается выделением водорода; наиболее активные металлы (до алюминия) невозможно при обычных условиях выделить из водных растворов солей.

Электрохимический ряд активности металлов

Eu, Sm, Li, Cs, Rb, K, Ra, Ba, Sr, Ca, Na, Ac, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Gd, Tb, Mg, Y, Dy, Am, Ho, Er, Tm, Lu, Sc, Pu, Th, Np, U, Hf, Be, Al, Ti, Zr, Yb, Mn, V, Nb, Pa, Cr, Zn, Ga, Fe, Cd, In, Tl, Co, Ni, Te, Mo, Sn, Pb, H2, W, Sb, Bi, Ge, Re, Cu, Tc, Te, Rh, Po, Hg, Ag, Pd, Os, Ir, Pt, Au Элементы расположены в порядке возрастания стандартного электродного потенциала.

За правильные суждения и выполнения кейса ребята получают знания, формируют умения решать нестандартную ситуацию и пытаются на практике применить полученные знания.

В теме   «Вода» для учащихся 9 и 11 классов можно предложить следующий кейс.

«Вода»

Одним из наиболее распространённых в природе веществ является вода. Без воды невозможна жизнь на Земле. Наша планета названа голубой потому, что две третьих её поверхности занимает вода. Организм человека примерно на 65% - 75% состоит из воды. Нормальная жизнедеятельность любого живого организма невозможна без пресной воды. Для хозяйственной деятельности человек также использует только пресную воду. На пресную воду приходится 2,6% от её общего содержания, да и то основная часть пресной воды сосредоточена только в виде льда, полярных шапок Северного и Южного полюсов и недоступна для потребления. Доля жидкой воды, доступной для использования, составляет всего 0,014% от общих запасов воды.

– Что является источником пресной воды?

– Каков качественный и количественный состав молекул воды?

– Почему в природе нет чистой воды?

– В каких агрегатных состояниях встречается вода в природе?

– Какими физическими свойствами обладает вода?

– Каковы основные источники загрязнения воды?

– Каковы методы очистки воды?

– Каковы способы получения чистой воды в лаборатории, в промышленности?

– При каких условиях протекают химические реакции получения воды в лаборатории, в промышленности?

– Почему вода является универсальным растворителем?

– С какими веществами может взаимодействовать вода? Какие вещества при этом образуются?

Напишите уравнения возможных реакций и назовите полученные вещества.

Или в теме «Физические и химические явления»:

Безводный сульфат меди – белого цвета. При растворении безводного сульфата меди в воде наблюдается разогревание, и раствор окрашивается в голубой цвет. Происходит ли при этом физическое или химическое явление? Ответ обоснуйте.

При нагревании кристаллического йода при атмосферном давлении иод не плавится, а сразу переходит в газообразное состояние (сублимируется). Относится ли данное превращение к химическому?

В 8 классе перед учителем стоит задача заинтересовать учеников своим предметом с самого начала преподавания.

Вот еще пример кейса в теме: «Простые вещества неметаллы»

Самый крупный в истории человечества алмаз, названный Куллинаном по имени владельца шахты Томаса Куллинана, нашли в южной Африке в 1905 году. Второй по величине алмаз «Санси» был найден купцом на дне глубокого ущелья, в Индии в середине 11 века. Из-за чего алмаз и графит, являясь аллотропными модификациями одного и того же вещества, имеют такие разные свойства?

В 9 КЛАССЕ можно предложить следующие кейсы:

А) «Металлы I-III групп Периодической системы Д. И. Менделеева»

В 1825 году был получен металл, который ценился дороже золота. Погремушка сыны Наполеона III была изготовлена из этого металла, а самый богатый королевский двор Европы имел столовые приборы, изготовленные из этого металла. По распространённости в природе он занимает четвёртое место среди всех элементов и первое среди металлов (8,8% от массы земной коры). Он стал вторым по значению металлом XX века после железа. Кстати, по объёму производства он занимает второе место в мире после выплавки чугуна и стали. Он входит в состав различных пиротехнических смесей.

– О каком металле идёт речь?

– Каково положение этого металла в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева.

– Каково строение атома этого металла?

– Какими физическими свойствами он обладает?

– В какие химические реакции вступает это вещество и какие вещества при этом образуются? Напишите уравнения возможных реакций и назовите продукты реакций.

– Почему при обычных условиях изделия из этого металла устойчивы к воздействию факторов окружающей среды?

– Почему до конца XIX века этот металл был на вес золота?

– На каких свойствах этого металла основано его применение в народном хозяйстве?

– Почему посуду из этого металла называют посудой бедняков?

б) «Металлы I-III групп Периодической системы Д. И. Менделеева»

Порошок серовато – белый, энергично взаимодействует с водой с выделением большого количества тепла и называется негашеной известью. Это вещество находит широкое применение в строительстве, химической промышленности, сельском хозяйстве, металлургии, водоочистке.

– Назовите это вещество.

– К какому классу соединений относится данное вещество?

– Каков качественный и количественный состав этого вещества?

– Какие вещества образуются при взаимодействии негашеной извести с кислотными оксидами, с кислотами? Запишите уравнения возможных реакций и назовите продукты реакций.

– Что образуется при взаимодействии негашеной извести с водой? Составьте уравнение реакции.

– Почему эту реакцию называют гашением?

Подготовьте письменный или устный ответ,

«Металлы I-III групп Периодической системы Д. И. Менделеева»

Для сильных ребят можно предложить более сложный кейс в виде бизнес - проекта, отчет по которому можно вынести на домашнее задание.

Задание: Составьте бизнес-проект по технической химии.

В Вашем распоряжении имеется сырье – известняк. Ваша задача – создать новое производство на имеющемся сырье, показать возможности создания других производств. Отразить применение, общие принципы и методы производства, схему производства (реакционный аппарат), указать химические реакции.

Слайды должны раскрыть содержание следующим образом:

1-ый слайд – Источник сырья, месторождение, доставка (карта, путь);

2-ой слайд – сырье, его подготовка, характеристика;

3-ий слайд - схема технологического процесса (упрощенная); принципы производства;

4-ый слайд – химические реакции (механизмы, если возможно);

5-ый слайд – аппараты, оборудование;

6-ой слайд – готовая продукция, характеристика;

7-ой слайд – применение готовой продукции, пути;

8-ой слайд – проблемы охраны среды; техника безопасности;

9-ый слайд – исторические факты, персоналии, портреты (при возможности);

10-ый слайд – литературные источники, в том числе, ссылки на сайты.

Подготовить презентацию.

Изучая свойства кислот интерес вызывает следующий факт о царской водке:

«Царская водка»

В истории известен следующий интересный факт:

Когда во время Второй мировой войны немецкие войска в апреле 1940 года оккупировали датскую столицу Копенгаген, венгерский химик Хевеши растворил в царской водке золотые нобелевские медали немецких физиков Макса фон Лауэ и Джеймса Франка, хранившиеся в Институте Нильса Бора, чтобы спрятать их от немецких оккупантов. Немцам принятие и ношение нобелевской медали было запрещено после того, как противник национал-социализма Карл фон Осецкий в 1935 году получил Нобелевскую премию. После окончания войны де Хевеши экстрагировал спрятанное в царской водке золото и передал его Шведской королевской академии наук, которая изготовила новые медали и передала их фон Лауэ и Франку.

Какой состав имеет царская водка? Почему же именно водка? И почему царская. И как правильнее было бы называть данный кислотный «коктейль»?

В теме, посвященной изучению хлора  и путей применения его, предлагаю следующий кейс:

В Японии объединенными силами Национального института здоровья и Префектурного университета Сидзуоки было проведено исследование. Ученые выяснили, что естественные органические вещества вступают в реакцию с хлорированной водой из-под крана, образуя опасные соединения, которые могут служить причиной рака. Такие соединения называются МХ, то есть “Мутаген икс” или “Неизвестный мутаген”.

- Предложите способы уменьшения ядовитого влияния хлора в питьевой воде на организм человека.

- Исходя из своей жизненной практики, приблизительно рассчитайте, сколько хлорированной воды вы используете в течение дня и для каких целей?

- Какие органы человека больше всего страдают от воздействия хлора?

- Как влияет хлорированная вода на человека при купании?

- Найдите дополнительную информацию о замене хлора при обеззараживании воды.

- Исследуйте различные товары бытовой химии в своём доме. Составьте список хлорсодержащих соединений, укажите меры безопасности при работе с ними.

Интерес и удивление маленькое исследование!

«Водородомобили – шаг в будущее»

Автомобили Honda FCX Clarity на водорвызывает одных топливных элементах ездят по дорогам Европы с 2009 года. В 2011 году Honda присоединилась к европейскому партнерству экологичной энергии (Clean Energy Partnership), после чего вывела на первый план производство экологически чистых автомобилей. А на Пятом Московском Международном автосалоне ВАЗ представил свою новинку “Лада-Антэл” с баллонами водорода и кислорода.

Почему многие автомобильные компании разрабатывают автомобили, работающие на водородном топливе?

Как выхлопные газы автомобилей, работающих на углеводородном топливе, влияют на здоровье человека?

Какие “+” и “-” вы видите у водородомобилей?

Найдите дополнительную информацию об их устройстве.

Если в вашей семье или у ваших знакомых есть автомобили, подсчитайте, сколько приблизительно литров бензина, газа и какой марки используете ежедневно.

Какие вещества и в каком количестве могут находиться в выхлопных газах ваших автомобилей?

«Водород»

Во Вселенной самым распространённым элементом является водород. На его долю приходится около 75% от всей массы Вселенной, или свыше 90% всех её атомов. На Земле водород в свободном состоянии практически не встречается, он образует с углеродом все органические вещества, т.е. входит в состав живой оболочки Земли – биосферы. В земной коре – литосфере – массовое содержание водорода составляет всего лишь 0,88% от всей её массы, т.е. он занимает девятое место среди всех химических элементов. Но по числу атомов, приходящихся на долю водорода, ему принадлежит почётное третье место. Только в высших слоях атмосферы содержится молекулярный водород в свободном состоянии; его содержание составляет меньше миллионной части общего объёма воздушной оболочки Земли.

– На основании положения в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева охарактеризовать строение атома водорода.

– Какие изотопы водорода вам известны?

– Охарактеризуйте физические свойства водорода.

– С какими веществами может взаимодействовать водород? Напишите уравнения возможных реакций и назовите продукты реакций.

– Какие степени окисления проявляет водород при взаимодействии с металлами, с неметаллами?

– Почему водород практически не встречается на Земле в свободном состоянии?

– Почему водород назвали водородом?

«Соединения серы»

В истории известен следующий интересный факт:

Выдающийся естествоиспытатель древности Плиний Старший погиб в 70 г. н.э. при извержении вулкана. Его племянник в письме историку Тациту писал: «…Вдруг раздались раскаты грома, и от горного пламени покачались вниз черные серные пары. Все разбежались. Плиний … упал и задохся».

Почему? Какие соединения входят в состав вулканических газов? Какими свойствами они обладают?

«Фосфор»

«… Да! Это была собака, огромная, черная, как смоль. Но такой собаки еще никто из нас, смертных, не видывал. Из ее отверстной пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку мерцал переливающийся огонь. Нив чьем воспаленном мозгу не могло возникнуть видение более страшное, более омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана… Страшный пес, величиной с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте.

- Фосфор, - сказал я ».

Какие ошибки допустил автор знаменитой «Собаки Баскервилей». Исправьте их.

«Металлы I-III групп Периодической системы Д. И. Менделеева»

Серовато – белый порошок энергично взаимодействует с водой с выделением большого количества тепла и называется негашеной известью. Это вещество находит широкое применение в строительстве, химической промышленности, сельском хозяйстве, металлургии, водоочистке.

– Назовите это вещество.

– К какому классу соединений относится данное вещество?

– Каков качественный и количественный состав этого вещества?

– Какие вещества образуются при взаимодействии негашеной извести с кислотными оксидами, с кислотами? Запишите уравнения возможных реакций и назовите продукты реакций.

– Что образуется при взаимодействии негашеной извести с водой? Составьте уравнение реакции.

– Почему эту реакцию называют гашением?

«Металлы I-III групп Периодической системы Д. И. Менделеева»

Составьте бизнес-проект по технической химии. В Вашем распоряжении имеется сырье – известняк. Ваша задача – создать новое производство на имеющемся сырье, показать возможности создания других производств. Отразить применение, общие принципы и методы производства, схему производства (реакционный аппарат), указать химические реакции.          Слайды должны раскрыть содержание следующим образом: 1-ый слайд – источник сырья, месторождение, доставка (карта, путь); 2-ой слайд – сырье, его подготовка, характеристика; 3-ий слайд - схема технологического процесса (упрощенная); принципы производства; 4-ый слайд – химические реакции (механизмы, если возможно); 5-ый слайд – аппараты, оборудование; 6-ой слайд – готовая продукция, характеристика; 7-ой слайд – применение готовой продукции, пути;

 8-ой слайд – проблемы охраны среды; техника безопасности; 9-ый слайд – исторические факты, персоналии, портреты (при возможности); 10-ый слайд – литературные источники, в том числе, ссылки на сайты. 11 слайд – по усмотрению. Название – не входит в счет слайдов.

Снова вернемся к  8 классу: В теме:  «Водород» предлагаю кейс:

Во Вселенной самым распространённым элементом является водород. На его долю приходится около 75% от всей массы Вселенной, или свыше 90% всех её атомов. На Земле водород в свободном состоянии практически не встречается, он образует с углеродом все органические вещества, т.е. входит в состав живой оболочки Земли – биосферы. В земной коре – литосфере – массовое содержание водорода составляет всего лишь 0,88% от всей её массы, т.е. он занимает девятое место среди всех химических элементов. Но по числу атомов, приходящихся на долю водорода, ему принадлежит почётное третье место. Только в высших слоях атмосферы содержится молекулярный водород в свободном состоянии; его содержание составляет меньше миллионной части общего объёма воздушной оболочки Земли.

– На основании положения в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева охарактеризовать строение атома водорода.

– Какие изотопы водорода вам известны?

– Охарактеризуйте физические свойства водорода.

– С какими веществами может взаимодействовать водород? Напишите уравнения возможных реакций и назовите продукты реакций.

– Какие степени окисления проявляет водород при взаимодействии с металлами, с неметаллами?

– Почему водород практически не встречается на Земле в свободном состоянии?

– Почему водород назвали водородом?

Или

Тема урока: Получение кислорода.

8 класс

Тип кейса: обучающий

Задание:

Содержание кейса

Та история простая…

Джозеф Пристли, как- то раз

окись ртути нагревая,

обнаружил странный газ.

Газ без цвета, без названья.

Ярче в нем горит свеча.

А не вреден для дыханья?

(Не узнаешь у врача!)

Новый газ из колбы вышел –

никому он не знаком.

Этим газом дышат мыши

под стеклянным колпаком.

Человек им тоже дышит.

Джозеф Пристли быстро пишет:

«Воздух делится на части».

(Эта мысль весьма нова).

Здесь у химика от счастья

и от воздуха отчасти

(от его важнейшей части)

закружилась голова…

Кошка греется на крыше.

Солнца луч в окошко бьет.

Джозеф Пристли с ним две мыши

Открывают КИСЛОРОД.

Задания:

Проанализируйте стихотворение и ответьте на  вопросы.

1.  Какой газ обнаружил Д. Пристли, нагревая оксид ртути?

2.  Опишите его физические свойства.

3. Почему  способ получения кислорода методом Д. Пристли в данное время потерял актуальность?

4. Назовите способы получения кислорода в настоящее время.

5.Назовите составные части воздуха.

6. Заполните таблицу.

Информационный материал

Открытие кислорода.

В конце XVIII в. английский ученый Д. Пристли занимался нагреванием разных веществ, собирая солнечные луч при помощи увеличительного стекла. Когда он нагревал таким образом оксид ртути (II) HgO - в приборе, изображенном на рисунке, выделилось много газа. Сначала Д. Пристли подумал, что это воздух. Но когда он опустил в сосуд с собранным газом горящую свечу, то увидел нечто необычное. "Меня поразило,- писал Д. Пристли, - больше, чем я мог выразить, что свеча в этом газе горела замечательно блестящим пламенем".

Д. Пристли поместил одну мышь в сосуд с обыкновенным воздухом, а другую в такой же сосуд с полученным им газом. Первая мышь быстро задохнулась, а вторая в это время еще чувствовала себя хорошо и оживленно двигалась. Д. Пристли и сам пробовал дышать полученным газом и нашел, что им дышится легко и приятно.

Характеристика элемента.

Химический знак элемента - О, относительная атомная масса равна 16.

Кислород - самый распространенный химический элемент на поверхности земного шара. В свободном состоянии (в виде простого вещества) содержится в воздухе, в связанном - в воде Н₂О, а также входит в состав горных пород и минералов. На кислород приходится почти половина массы земной коры, гидросферы и атмосферы.

Характеристика простого вещества кислород.

Кислород О₂ - бесцветный газ, не имеет запаха и вкуса, малорастворим в воде. Немного тяжелее воздуха: (относительная плотность по воздуху вычисляется отношение молекулярной массы газа к молекулярной массе воздуха, которая равна 29. Для кислорода получаем :32:29 = 1,1..Значит, он тяжелее воздуха в 1,1... раз.). При давлении 101,3 кПа и температуре -183⁰ С, кислород переходит в жидкое состояние. Жидкий кислород - подвижная жидкость голубого цвета.

Получение  кислорода  в  лаборатории.

Дж.  Пристли  получал  этот  газ  из  соединения, название которого — меркурий (II) оксид. Ученый использовал  стеклянную линзу,  с помощью которой фокусировал на веществе солнечный свет. При  нагревании меркурий(II) оксид (порошок желтого цвета) превращается в ртуть и кислород. Ртуть выделяется в газообразном состоянии и конденсируется на стенках  пробирки  в  виде  серебристых капель.  Кислород  собирается  над водой во второй пробирке.

Соответствующее химическое уравнение:

2HgO = 2Hg + O₂↑

Сейчас метод Пристли не используют, поскольку пары ртути токсичны. Кислород получают с помощью  других  реакций,  подобных  рассмотренной. Они, как правило, происходят при нагревании.

Для получения кислорода в лаборатории используют:

• калий перманганат KMnO₄ (бытовое название марганцовка;  вещество  является  распространенным дезинфицирующим средством)

•  калий хлорат KClO₃ (тривиальное название — бертолетова  соль,  в  честь  французского  химика конца XVIII — начала XIX в. К.-Л. Бертолле)

Небольшое  количество  катализатора  — оксида MnO₂ — добавляют к  хлорату калия для того, чтобы разложение соединения происходило с выделением кислорода.

Кислород может находиться в атмосфере

(21% по объему), в земной коре (47% по массе), в живых организмах (65% по массе), в гидросфере (89% по массе). В целом 99,99% кислорода «связано» в виде соединений, 0,01% - свободное простое вещество-газ кислород. Кажется, это очень небольшое количество, но на самом деле на 0.01% приходится 1,5*10¹⁵ тонн! Весь свободный кислород образуется на планете благодаря зеленым растениям. «Связывание» кислорода происходит в результате дыхания (живая природа) и горения (неживая природа).

Таблица «Характеристика кислорода».

1.	Открытие кислорода
2.	Характеристика кислорода как химического элемента
3.	Характеристика кислорода как простого вещества
4.	Получение кислорода
5.	Содержание кислорода в воздухе

В теме: «Соединения серы», «Фосфор » есть следующие интересные факты.

а) В истории известен следующий интересный факт:

Выдающийся естествоиспытатель древности Плиний Старший погиб в 70 г. н.э. при извержении вулкана. Его племянник в письме историку Тациту писал: «…Вдруг раздались раскаты грома, и от горного пламени покачались вниз черные серные пары. Все разбежались. Плиний … упал и задохся».

- Почему?

- Какие соединения входят в состав вулканических газов?

- Какими свойствами они обладают?

«Фосфор»

«… Да! Это была собака, огромная, черная, как смоль. Но такой собаки еще никто из нас, смертных, не видывал. Из ее отверстной пасти вырывалось пламя, глаза метали искры, по морде и загривку мерцал переливающийся огонь. Нив чьем воспаленном мозгу не могло возникнуть видение более страшное, более омерзительное, чем это адское существо, выскочившее на нас из тумана… Страшный пес, величиной с молодую львицу. Его огромная пасть все еще светилась голубоватым пламенем, глубоко сидящие дикие глаза были обведены огненными кругами. Я дотронулся до этой светящейся головы и, отняв руку, увидел, что мои пальцы тоже засветились в темноте.

- Фосфор, - сказал я ».

Какие ошибки допустил автор знаменитой «Собаки Баскервилей». Исправьте их.

Урок по теме: Жиры (базовый уровень)

10 класс

Тип кейса: обучающий

Задание:

Содержание кейса

Жиры – смесь сложных эфиров, образованных глицерином и жирными кислотами.  М.Э Шеврель посвятил изучению жиров 14 лет. В 1808 году к нему обратился владелец текстильной фабрики с просьбой изучить состав мягкого мыла, получаемого на фабрике. Шеврель установил, что мыло – натриевая соль высшей жирной кислоты. Шеврель изготовлял мыла из жиров различных животных, выделял из них жирные кислоты. Так были впервые получены стеариновая, олеиновая, капроновая кислоты. Шеврель  показал, что жиры состоят из глицерина и жирных кислот, причем это не только  их смесь, а соединение, которое, присоединяя воду, распадается на глицерин и жирные кислоты.

Задания:

1.       Каковы формулы жира и мыла?

2.       Предложите способ  получения мыла из жира в домашних условиях.

3.       Найдите  из других источников дополнительную информацию о жирах, мылах, СМС.

4.       В современном мире предлагается много косметической, гигиенической продукции. А как правильно выбрать мыло, на что надо обратить внимание?

Информационный материал

Жиры или Триглицериды — природные органические соединения, полные сложные эфиры глицерина и одноосновных жирных кислот; входят в класс липидов.

Состав жиров

Состав жиров определили французские ученые М. Шеврель и М. Бертло. В 1811 году М. Шеврель установил, что при нагревании смеси жира с водой в щелочной среде образуются глицерин и карбоновые кислоты (стеариновая и олеиновая). В 1854 году химик М. Бертло осуществил обратную реакцию и впервые синтезировал жир, нагревая смесь глицерина и карбоновых кислот. Состав жиров отвечает общей формуле

где R¹, R² и R³ — радикалы (одинаковых или различных) жирных кислот.

Насыщенные:
Алкановые кислоты:

·            стеариновая (C₁₇H₃₅COOH)

·            маргариновая (C₁₆H₃₃COOH)

·            пальмитиновая (C₁₅H₃₁COOH)

·            капроновая (C₅H₁₁COOH)

·            масляная (C₃H₇COOH)

Ненасыщенные:
Алкеновые кислоты:

·            пальмитолеиновая (C₁₅H₂₉COOH, 1 двойная связь)

·            олеиновая (C₁₇H₃₃COOH, 1 двойная связь)

Алкадиеновые кислоты:

·            линолевая (C₁₇H₃₁COOH, 2 двойные связи)

Алкатриеновые кислоты:

·            линоленовая (C₁₇H₂₉COOH, 3 двойные связи)

·            арахидоновая (C₁₉H₃₁COOH, 4 двойные связи, реже встречается)

Строение мыла

Мыла – это натриевые или калиевые соли высших жирных кислот, гидролизующихся в водном растворе с образованием кислоты и щелочи.

Общая формула твердого мыла:

 

Производство мыла состоит из двух стадий: химической и механической. На первой стадии (варка мыла) получают водный раствор натриевых (реже калиевых) солей, жирных кислот или их заменителей.

На Руси варили мыло с давних времен. Варили и в мастерских, и в домашних условиях. Для изготовления мыла использовали говяжье, баранье, свиное сало. До наших дней дошла старая поговорка: «Сало было, стало мыло». Для мягкости добавляли растительные масла, например льняное. Занимались «поташным промыслом» целыми деревнями, именно так в те времена называли мыловаренное производство. Особенно известны как на Руси, так и за ее пределами были валдайские и костромские мастерах мыловарения.

Представляем несколько способов мыловарения:

1.       Горячий крепкий раствор стиральной соды налить в склянку и прибавлять по каплям растительное масло, пока оно не перестанет растворяться. В полученный раствор всыпать немного поваренной соли (процесс так и называется - высаливание. Твердое мыло всплывет на поверхность, его легко собрать.

2 . Изготовление высококачественного ядрового мыла. Нагревая на водяной бане, растопить 70 г. говяжьего жира и 30 г. свиного сала. Затем, энергично мешая, добавить нагретый раствор гидроксида натрия (25 г сухого гидроксида на 30г воды). Осторожно! Щёлочь может разбрызгиваться!

Полученную смесь, помешивая, нагревать на водяной бане 30 мин. По мере выкипания, добавлять горячую воду. Затем добавить 100 мл. 20%-ного раствора поваренной соли и снова нагреть до полного отделения мыла. Собранное мыло при необходимости завернуть в тряпку и отжать (лучше делать это в перчатках, чтобы не обжечься крепким раствором щелочи).

Затем промыть мыло в небольшом количестве холодной воды и добавить немного растворенного в спирте душистого вещества (это может быть тминное, анисовое, фенхельное масло или любое другое). Его надо чуть-чуть, запах очень сильный. После этого завернуть мыло в прочную тряпку и тщательно размять. И, наконец, слегка подогреть полученную массу и прессованием придать ей вид обычного куска мыла.

Как правильно выбирать мыло и на что обращать внимание?

Прежде всего, нужно тщательно прочитать состав мыла на упаковке. Если Вы найдете там вещества, список которых приведен ниже, то это, скорее всего, мыло массового промышленного производства.

Полипропилен гликоль (propilleneglycol)	Продукт, который получают из нефти, используется в косметической продукции, а также для приготовления антифриза и тормозной жидкости. Он более дешевый, чем глицерин, но вызывает больше аллергических реакций и воспаление кожи.
Лаурет сульфат натрия (SodiumLaurethSulfate)	Дешевое моющее средство, образует много пены, при этом  возникает иллюзия, что он имеет очень сильные моющие свойства. Есть предположение, что это канцероген.
ПАВ  поверхностно активные вещества	Все они являются нефтепродуктами  - DEA (Dieth-nolamine) MEA (Monoethanolamine) TEA (Trieth-anolamine), Cacamide DEA, DEA-cetylphosphate, DEA Oleth-3 phosphate, Myristamide DEA, Stearamide MEA, Cocamide MEA, Lauramide DEA, Linoleamide MEA, Oleamide DEA, TEA LaurylSulfate – все эти компоненты используются как эмульгаторы и пенно-образующие вещества, раздражают кожу и глаза, существует предположение, что это канцерогены.
Формалин	Используется как консервант, но производители понимают, что наявность такого составляющего не делает продукт привлекательным для покупателя и вводят не свободный формалин, а вещества, которые его выделяют. (5-bromo-5-nitro-1,3-dioxane ; 2-bromo-2-nitropropane-1,3-diol; imdazolidinylurea; Quaternium-15, DMDM hydantion ...)
Бензол и толуол	Очень токсичные субстанции, обычно используются в виде бензоатов.
Диоксид титана	Используется как краситель (мыло белого цвета всегда имеет в составе диоксид титана), есть предположение, что это канцероген.
Красители	Угольная смола, есть предположение, что это канцероген
Содиум лаурил сульфат (SodiumLaurylSulfate)	Дешевое моющее средство, которое считают наиболее опасным в препаратах для ухода за кожей и волосами. В промышленности используют для мытья пола, машин и двигателей. Оставляет на коже пленку, которая вызывает аллергические реакции и раздражение.
Парабены (Methylparaben, Propylparaben идр.)	Аналоги сульфаниламидных препаратов, которые имеют противомикробные свойства и используются в качестве консервантов. Благодаря широчайшему распространению в косметических средствах парабены способствуют образованию новых штаммов нечувствительных к лекарствам микроорганизмов, нарушают природный иммунитет, являются наиболее частой причиной аллергических реакций на косметические средства. При всасывании проявляют токсическое действие на печень.

Если в аннотации указано, что в мыле присутствуют только соли жирных кислот, вода и натуральные добавки, такое мыло заслуживает Вашего внимания. Мыло ручной работы отличается и по внешнему виду. Как правило, оно проще по форме, имеет включение и следы от ручной нарезки. Натуральное мыло ручной работы не может иметь сильный запах (такой запах имеют только синтетические отдушки) и яркий неестественный цвет. В натуральном мыле ручной работы не может быть никаких химических и синтетических добавок.

Современные CMC представляют собой многокомпонентные смеси, главный компонент которых — синтетические моющие вещества - в виде водных растворов снимают с поверхности твердых тел (тканей, изделий) загрязнения различной природы.

«Металлы»

Задание. Вам выданы образцы воды, взятой из разных источников (они указаны на этикетках). Предположительно в них содержатся ионы: Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Cu²⁺, 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)?

В 11 классе тоже применимы кейс технологии.

Например, в темах «Решение экспериментальных задач по общей химии»  и «Соли».

«Решение экспериментальных задач по общей химии»

Космический корабль совершил аварийную посадку на неизвестную планету. Одному из космонавтов было предложено определить состав атмосферы, но в его распоряжении оказались лишь яблоко (не произошло изменения цвета на разрезе), немного известковой воды (не мутнела в атмосфере планеты) и малахитовая шкатулка, при нагревании кусочка малахита образовался красный порошок.

К какому выводу пришел космонавт?

«Соли»

Нам известно, что соли взаимодействуют между собой при условии, что они хорошо растворимы, а в результате реакции обмена получается новая нерастворимая соль. С этих позиций получается, что взаимодействие между хлоридом железа трехвалентного и хлоридом аммония невозможно.  Однако один из способов получения азота в лабораторных условиях протекает по реакции: 6FeCl₃ + 2NH₄Cl = 6FeCl₂ + 8HCl + N₂. Налицо противоречие. Как его объяснить?

«Соли»

Вы знаете, что нерастворимые соли, например такие как (СaCO₃) не должны взаимодействовать с другими солями. Однако, недавно, при проведении эксперимента в системе FeСl₃ + CaCO₃ мы наблюдали бурное выделение газа и выпадение бурого осадка. Для выяснения, какой это газ, мы в реакционную пробирку внесли горящую лучину, и она погасла. Мы также провели анализ осадка и выясняли, что бурые частицы осадка не растворимы в воде и щелочах, но растворимы в кислотах. Итак, вопрос: что произошло при взаимодействии FeCl₃ c CaCO₃, каким образом и какой газ образовался, и что из себя представляет бурый осадок?

Итак, кейс – технологии формируют познавательный интерес к предмету, формируют УУД:

Познавательные: извлечение необходимой информации, постановка и формулирование проблемы, ее решение, ощущение личностного роста,

коммуникативные: выражение своих мыслей, аргументация своих мнений, постановка вопросов – инициативное сотрудничество в поиске и сборе информации,

регулятивные: планирование последовательных действий),

личностные (построение логических рассуждений).

Позволяет применять проблемные и проектное обучение,

Этот метод включает КСО и является разновидностью исследовательской технологии.