Методические рекомендации: "Использование задач по химии для решения проблем устойчивого развития "

     Химия-наука, непосредственно связанная с устойчивым развитием общества. Не случайно 2011 год был объявлен ООН Международным годом химии. Современное техногенное общество не может обойтись без продукции химического производства. Без нее невозможно представить себе настоящее и будущее человечества, однако, необходим детальный анализ технологий с точки зрения их воздействия на окружающую среду .

      Проблемы загрязнения водоемов, кислотных дождей, увеличения озоновых дыр, парниковый эффект, дефицит пресной воды, уничтожение лесов, увеличение количества исчезающих видов растений и животных,  нехватка питания, энергетический и демографический кризис, нищета, войны и ядерная зима  все это - последствия нерационального использования химических знаний. Очевидно и то, что только химическая наука способна разрешить созданные проблемы. Усовершенствование современных химических технологий способно  не только предотвратить загрязнение природы и нейтрализовать выбросы и отходы, но и превратить в вещи, полезные для дальнейшего использования.

      Таким образом,   развитие химии как науки имеет определяющее значение  для роста благосостояния общества, для борьбы с болезнями и бедностью, для поддержания экологического здоровья нашей планеты и повышения качества жизни людей.

Тенденции развития современной химической науки должны найти отражение в преподавании школьной химии.

         Как известно, объем знаний и умений школьников  определяет Государственная Программа по химии. Обязательный минимум содержания общего образования отражает инвариантное содержание курса и примерную логику его рассмотрения.

       В контексте устойчивого развития при усвоении теоретических знаний ( понятий, законов и теорий химии ) следует сместить акцент от методов, ориентированных лишь на передачу информации, к более широкому внедрению активных средств обучения. Особое внимание следует обратить на исторический аспект развития химической науки, прослеживая на его примере этапы развития общества. Интересные факты из биографии ученых, изучение условий экономического развития  в которых происходило то или иное открытие способствуют формированию ценностных качеств, развитию прогностических и аналитических умений, что является немаловажным для образования устойчивого развития. Самостоятельный поиск интересной информации способствует развитию кругозора, умению сортировать материал и излагать его точно и логично. Обсуждение в группах позволяет развивать культуру взаимоуважения в процессе принятия решений.

         Широкое поле деятельности для образования устойчивого развития дают фактологические знания (сведения о неорганических и органических веществах и химических процессах). Здесь необходимо сделать акценты на роль этих веществ в природе и жизни человека, способы из безопасного производства, взаимопревращения и утилизации. До сознания учащихся должны быть доведены следующие сведения:

- продукты жизни общества должны полностью утилизироваться, не должны накапливаться и оказывать вредного воздействия на человека и окружающую среду;

- размеры годового потребления возобновляющегося природного сырья не должны превышать его годовой прирост;

- не возобновляющееся природное сырье должно использоваться экономно, комплексно, практически не давать отходов при переработке.

На этом этапе формирования химических знаний логично будет использовать проблемные химические задачи, которые помимо решения дидактической задачи способствуют решению проблем интеграции принципов устойчивого развития. Рассмотрим одну из таких задач , рассчитанную на учеников 7 класса. Эту задачу можно предложить школьникам 7 класса при изучении темы «Кислород»

 І. Дидактическое задание.

  7 класс.

Тема: Простые вещества металлы и неметаллы

І. Дидактическое задание.

Задача 8 На новогодние праздники были вырублены елки с площади 20 га. Какой объем кислорода могли бы выделить эти деревья в течение года? (В среднем можно допустить, что один гектар хвойного леса выделяет 10 кг кислорода в сутки. Вычисления вести для н. у.)

ІІ. Интеграция принципов устойчивого развития.

Проблемы: Сохранение биологического разнообразия, охрана воздуха, сохранение природных ландшафтов сокращение площади лесов, охрана почвы

ü Как можно решить эту проблему другими способами?

ü Как вырубка лесов отразится на их обитателях и на почве?

При решении этой задачи дети используют минимальные математические знания и получают информацию о значении хвойных лесов для обогащения атмосферы кислородом. Обсуждение в группах второй части задания будет способствовать развитию поиска альтернативных способов решения проблемы и формированию устойчивого сознания школьников. В качестве домашнего задания к этому упражнению,  можно рекомендовать школьникам найти ответы на проблемные вопросы, используя источники сети интернет. Можно сделать акцент на решение проблемы в регионе, в Украине, в  мире и сравнить используемые варианты решения.

 Многие  достижения химической науки оказывали влияние на развитие общества и в то же время последствия использования этих открытий имели негативный характер. Важно проследить эту связь 

Это можно сделать в виде таблицы

Открытия	Позитивные последствия	Негативные последствия
Изобретение пороха	Победы в войнах	Больше жертв
Спички	Удобно получать огонь	Распространение курения, возможности пожаров
Пластик	Легкие предметы, быстрое  и дешевое производство	Невозможность утилизовать
Дезодоранты	Удобство нанесения лака, дезодорантов	Выделение в атмосферу фреонов
Открытие ацетилена	Производство бензола, растворитель и сырье для получения полимеров	Производство тротила, взрывчатка, войны

 Задание проследить связь между важнейшими химическими открытиями, их влиянием на прогресс в развитии техники и технологий, и негативные последствия использования  химических знаний , позволит найти ответы на вопросы мировоззренческого характера. Такие задания можно использовать на любом уроке о важнейших химических открытиях и изобретениях. Организовать урок лучше формированием групп, отстаивающих противоположные точки зрения, третьей группе можно поручить составить рассказ об истории самого открытия.

    Урок химии невозможно представить без составления химических формул и уравнений, осуществления расчётов по формулам и уравнениям. Формированию этих умений выделяется значительная часть урока. Использование на этом этапе проблемной химической задачи будет способствовать закреплению сформированных умений, расширению кругозора и даст возможность переключения учащихся с учебной на  познавательную  и  развивающую деятельность. Рассмотрим использование такой задачи при изучении темы «Количественные отношения в химии» в 8 классе.

8 класс,

Тема 1: Количество вещества.

 І. Дидактическое задание.

Задача 7. Такие виды рыб, как форель и хариус, очень чувствительны к чистоте воды. Если в 1 л природной воде содержится всего 3 ^. 10^--6 моль серной кислоты (которая может попадать в реки с промышленными стоками или за счет "кислотных дождей"), то мальки этих рыб погибают. Вычислите ту массу серной кислоты в 1 л воды, которая представляет собой смертельную дозу для мальков форели и хариуса.

ІІ. Интеграция принципов устойчивого развития.

Проблемы:  охрана воды, сохранение биологического разнообразия

ü  Какие вы знаете Законы, предупреждающие эти нарушения?

ü  К каким последствиям могут привести противоправные действия предприятий?

Эту задачу можно использовать при закреплении понятия «моль». Для ее решения необходимо подсчитать молярную массу серной кислоты, и зная количество моль серной кислоты в 1 л воды . определить ее массу. Что составит 98 х3 ^. 10^—6 =294х10^—6. Как видите, для решения задачи необходим минимум химических знаний. И в то же время ученики получают информацию о том , что даже миллионные доли серной кислоты в 1л воде могут вызвать гибель мальков рыб.

    Задача поднимает проблему охраны воды и сохранения биологического разнообразия. Первую часть задачи можно решить фронтально у доски, а вторую разделить между сформированными группами учащихся : юристы, экологи, руководители предприятия. Предоставить школьникам необходимую правовую информацию и после 10 минутной подготовки, организовать расследование приведенного факта. Такой способ обсуждения проблемы будет способствовать формированию социального сознания, развивать умения вести расследование и расширять нормативно-правовую базу  школьников.

  Рассмотрим связь химии с различными сферами человеческой деятельности

1.Промышленность

Практически вся промышленность на протяжении всей ее истории была связана с химией в форме используемых процессов, материалов, оборудования, сырья, инструментария. Более 75% используемых человеком материалов проходят химическую обработку в процессе производства.

2. Энергетика

В большинстве случаев тепловая и электрическая энергия производится сжиганием природного топлива( древесины, угля,  нефтепродуктов, газа ), что непосредственно связано с химией. Незаменимую роль химические материалы играют также в ядерной, гидро и нетрадиционной энергетике.

3.Транспорт

Значение химии в развитии транспортных средств определяется созданием материалов, из которых изготавливаются эти средства, горючесмазочных материалов, обеспечивающих энергетику транспорта, материалов для строительства дорог.

4.Сельское хозяйство

Широкое использование удобрений, средств борьбы с сорняками и вредными насекомыми, лечебных препаратов, обеспечивающих высокую продуктивность животноводство

5. Военная промышленность и армия

С появлением новых химических материалов в вооружении происходили качественные скачки, так металл обеспечил создание более качественного холодного оружия, порох- огнестрельного, ядерные материалы- ядерного, специальные сплавы и топливо- ракетного.

6.Культура

От производства карандашей, красок, бумаги, чернил, до использования грима, бутафорских эффектов в кинематографии и производства кинопленки

7.Информация и коммуникация

От глиняных табличек, которые использовались для коммуникации и бумаги до электронных  и оптических носителей, которые изготавливаются из современных полимеров.

8. Финансы

Химия создала материалы, которые стали эталоном экономических и финансовых взаимоотношений, золото и серебро. В производстве бумажных денег и пластиковых карточек, также задействованы химические вещества.

9. Здоровье человека

Современная химия кроме лекарств создает материалы, и инструменты,  необходимые для лечения, начиная от ваты и бинтов, и заканчивая искусственными органами и материалами для протезирования. Косметическая индустрия, производство средств по уходу за кожей, зубами, волосами, декоративной косметики, также связаны  с химическими открытиями и достижениями.

10. Питание

Роль химии в этой области косвенно проявляется в сельскохозяйтвенном производстве. Но особую роль сыграли процесссы маринования, соления, сахарения. Которые обеспечили возможность переносить межсезонье и осваивать новые районы. Процессы перегонки и брожения используют в производстве спиртных напитков, которые сыграли немаловажную роль в становлении ментальности отдельных народов.

Использование искусственных и натуральных пищевых красителей, эссенций, консервантов позволяет создавать разнообразные продукты с более длительным сроком хранения. Пластиковая упаковка молочных продуктов сделала их более привлекательными и легкими.

11.Быт

Производство металлической, пластиковой, стеклянной посуды, фарфора, фаянса немыслимы без химических веществ и процессов. Бытовая техника и оборудование благодаря развитию современной химии, становится все легче , доступнее и удобнее. Действие средств бытовой химии: порошков, пасты . гелей для мытья посуды, чистки полов, ковров, кафеля также основаны на химических реакциях. Одежда, обувь производятся из натуральных и синтетических материалов, которые также были созданы в химических лабораториях. Мебель, ковры, покрытия, сайдинг, утеплители, кроноспан и линолеум, кафель и  пластик – все эти материалы создаются на химических предприятиях для улучшения нашего быта.

     Материал для составления проблемных химических задач можно брать , исследуя любую из предложенных сфер человеческой деятельности.

 При составлении подобных задач  мы рекомендуем придерживаться следующих методических требований:

1. Условия задач и результаты решения должны содержать практически значимую информацию.

2. Эта информация должна быть тесно связана с программным материалом и реальными проблемами.

3. Задачи должны быть посильны для учащихся данного класса.

4. Решение задач должно опираться на возможности, на комплекс знаний по разным предметам.

5. Задачи предназначены для использования при проверке, объяснении, применении и закреплении знаний.

      Эффективность применения разработанной системы  учебных задач обеспечивается использованием  групповых форм организации решения на уроке и последующее обсуждение  проблем, включенных в условие, с раскрытием ценностной сущности предмета.

     Предложенные задачи и вопросы можно разделить по содержанию на три типа:

1. Задачи с химической характеристикой природных объектов.

2. Задачи об источниках загрязнения, видах загрязнителей окружающей среды.

3. О правовых аспектах проблемы и ликвидации последствий загрязнения.

Составленные задачи не обязательно должны иметь единственное решение, они рассчитаны на проблемное обсуждение, дискуссию, на поиск рационального пути решения поставленной реальной учебно-познавательной проблемы. Таким образом, использование проблемных задач на уроках химии позволяет открыть возможности для многостороннего и междисциплинарного анализа ситуаций реальной жизни и  способствует формированию сознания для устойчивого развития.

   Экспериментальная часть школьного курса химии, выполнение демонстрационных,  лабораторных и практических работ должны стать воплощением принципов устойчивого развития на практике. В этом контексте школьная лаборатория рассматривается как "место действия", своеобразное "химическое производство", "выбрасывающее" вредные отходы и нуждающееся в  использовании безопасных технологий при выполнении  такого эксперимента. Необходимо искать способы переработки отходов школьного химического эксперимента и включать этап переработки в качестве равноправного и неотъемлемого компонента во все без исключения школьные опыты. Под переработкой в данном случае понимается уничтожение веществ, их обезвреживание с последующим помещением во внешнюю среду или утилизация (повторное использование - прямо или косвенно - в учебном процессе). Только такой подход позволит сформировать мышление для устойчивого развития, вырабатывает у школьников некий "рефлекс экологической чистоты" любого их действия