Обобщение опыта работы по теме "Экология в курсе неорганической химии"

Экологическое воспитание на уроках неорганической химии

      Если будет вода и ни одной рыбки –

      Я не поверю этой воде.

     И пусть в воздухе будет кислород,

     Но не летает в нем ласточка –

     Я не поверю и воздуху.

     И лес без зверей … не лес…

                                                   М.Пришвин

Экология как наука о природном «доме» человека начала создаваться около 130 лет назад. Экология – наука о взаимоотношениях, о связях живых организмов и их сообществ между собой и средой их обитания. Современная экология – комплексная наука. Главная её цель направлена: на выявление оптимальных отношений между человеком и природой, на поиски путей сохранения природы.

Пока человек находился в гармонии с природой, он почти не влиял на механизм самоуправления биосферы – области активной жизни на нашей планете. Но с развитием техники, урбанизации и значительным ростом населения планеты взаимоотношения человека с природой приобрели столь катастрофический характер, что сегодня можно сказать, что фактически мы живем в переходный период, когда экология из науки  о «доме», о связях живых организмов на наших глазах превращается в науку о выживании.

Цивилизация, несомненно, дала много благ для человека, но она отдалила его от природы, частью которой является человек.

Для человека природа – среда жизни, выполняющая три функции: экологическую, экономическую, социальную. Самая важная – экологическая функция, благодаря ей человек существует как биологический вид. Долгое время природа залечивала наносимые ей человеком раны. Поэтому до недавнего времени ошибочно считалось, что кладовые природы неисчерпаемы и природа все «стерпит». Результаты бездумного и хищнического, особенно в 20 веке, отношения человека к природе плачевны по своим последствиям: это опустошение недр Земли, ускоренное исчезновение многих видов растений и животных, катастрофическое загрязнение почвы, воды и воздуха. Согласитесь, никакие блага цивилизации не могут заменить человеку чистый воздух, свободных от вредных примесей воды и продуктов питания.

Преодолеть растущий конфликт с природой, предотвратить процесс постепенного умирания природы людям могут помочь знания, культура, продуманные законы природоиспользования, ответственность перед будущими поколениями и, конечно, экологическая информированность всего населения. Значительная роль в просвещении принадлежит общеобразовательной школе, поскольку  она охватывает всё  подрастающее поколение, именно в ней закладываются основы наук, на базе которых формируется высокая культура отношения к природе.

Реальными путями школьного природоохранного образования и воспитания являются: экологизация учебных дисциплин, организация активной поурочной деятельности учащихся (факультативы, кружки, общественно – полезная и художественно – эстетическая деятельность), тесная связь школы и социальной сферы (общественные организации и государственные учреждения).

Выпускники школы должны быть экологически грамотными, иметь сформированное экологическое мировоззрение, что позволит им в процессе трудовой деятельности занимать активную гражданскую позицию и содействовать улучшению экологической ситуации.

Возможны разные варианты экологического образования в школе. В Республике Башкортостан принят, так называемый интегрированный вариант, при котором экологические знания школьники получают в рамках нескольких предметов, главными из которых являются: «Биология и экология», «География и экология», «Химия и экология». Кроме того, ряд экологических вопросов рассматривается при изучении физики, обществознания и экономики.

Изучение химии, предмета входящего в цикл естественно – научных дисциплин, обеспечивает более полное восприятие научной картины мира: познаются законы природы, формируются знания о строении веществ и их превращениях, раскрывается роль химических элементов и их соединений в природе на основе строения и при этом расширяются представления об абиотических факторах среды. Рассмотрение вопросов о загрязнении природной среды отходами производственной деятельности человека, появления в окружающей среде новых высокоактивных химических соединений, выделяемых из природных источников или синтезированных человеком, интенсивном потреблении веществ из природы позволяет формировать понятие «антропогенный фактор». Изучение химии дает возможность расширить и углубить знания о химической природе круговорота биогенных элементов и их роли в биохимических процессах и тем самым сформировать понятие о «биогеохимическом круговороте веществ», а также раскрыть роль химии и химической промышленности в решении экологических и природоохранных проблем. На долю химии приходится значительная часть содержания экологии, так как большинство процессов взаимодействия человека и природы протекает как разнообразные химические реакции. К сожалению, учителя химии испытывают значительные сложности при преподавании экологии в рамках своего предмета: им приходится рассматривать большой и разнообразный экологический материал. Однако в учебниках химии экологическим вопросам уделено недостаточное внимание, а специальных методических разработок по экологии для учителей химии явно недостаточно.

Вашему вниманию предлагается схема распределения экологического материала в некоторых уроках химии  8 – 9 классов.

 При составлении данной таблицы я опиралась на «Экологическую составляющую школ РБ», одобренного Министерством народного образования РБ, стремясь предельно полно реализовать принцип региональности образования, то есть рассматривать вопросы в первую очередь на местном материале. Следование этому принципу позволило мне знакомить учащихся с экологической ситуацией в нашей республике. Также считаю необходимо рассматривать на уроках химии материал по глобальным проблемам экологии.

Таблица

Тема урока	Обсуждаемые экологические вопросы
8 класс
Предмет химии. Вещества и их свойства	Разумное использование веществ
Химические элементы	Проблемы истощения природных ресурсов
Применение кислорода. Круговорот кислорода в природе	Особенности круговорота кислорода.
Воздух и его состав.	Загрязнение воздуха.
Топливо и способы его сжигания	Экологический ущерб при сжигании разных видов топлива
Вода – растворитель. Растворы	Загрязнение воды и её очистка.
Вода	Рациональное использование воды
Соли	Жесткость воды
9 класс
Строение простых веществ. Аллотропия	Проблемы сохранения озонового слоя Земли
Сера в природе и её получение	Кислотные дожди
Азотная кислота	Загрязнение атмосферы оксидами азота
Соли азотной кислоты	Загрязнение продуктов питания нитратами
Круговорот азота в природе	Нарушение круговорота азота деятельностью человека
Фосфор	Особенности круговорота фосфора
Углерод	Бытовые фильтры
Оксид углерода (IV)	Парниковый эффект
Положение металлов в периодической системе и особенности строения атомов	Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами
Природные источники углеводородов	Природный газ, нефть

Приступая к изучению основ химии, своими корнями уходящей вглубь веков, важно не только овладеть химической премудростью, но и  научиться ею пользоваться.        

Решить эти задачи важно будет как через научно, так и технические достижения, но движущей силой при этом должна быть высокая нравственная и высокая экологическая культура человека и общества в целом. В этом и заключается взаимосвязь социальных знаний с естественно – научными и техническими.

В свою очередь химические, экологические и природоохранные понятия также взаимосвязаны.

При формировании понятия «химический элемент» в 8 классе имеется возможность описать качественные и количественные характеристики живой и неживой природы. Например, рассматриваю понятие «биогенные элементы» (элементы живой природы), в которое включены более мелкие понятия о макро – и микроэлементах и их биологических функциях. Здесь раскрываю понятие о биологической взаимозаменяемости элементов (связь с интенсивным загрязнением окружающей среды и, как следствие этого, изменение её параметров), совместно с учащимися анализируем негативные стороны этого процесса, тут же формируется одно из основных понятий экологии – биогеохимический круговорот элементов. Рассматривается это понятие на различных уровнях изучения  в соответствии с развитием понятия об атоме (на атомно – молекулярном, электронном и ионном уровнях). Одновременно раскрываются причины нарушений биогеохимических круговоротов элементов. В этой связи вводятся и развиваются понятия о загрязнении окружающей среды, загрязнителях и их источниках, указываются природоохранные мероприятия, направленные на предупреждение загрязнения биосферы химическими соединениями, в которые входят изучаемые элементы.

Помимо теоретических знаний учащиеся приобретают и практические умения при проведении химических экспериментов.

Система понятий о веществе дает возможность формировать понятия о качественных и количественных показателях окружающей среды на уровне веществ (например, качественный и количественный состав воздуха, состав природных вод, промышленных выбросов и т.д.) В рамках этой темы формируется понятие о двойственной роли веществ по отношению к природе в зависимости от их концентрации в окружающей среде. Избыток или недостаток одних и тех же веществ по - разному действует на организмы. В связи с этим формируется понятие о предельно допустимых концентрациях веществ (ПДК).

На уроках химии учащиеся узнают, что вещества в природе встречаются в виде смесей (однородных и неоднородных), но в практической деятельности человека нужны чистые вещества. Поэтому возникла проблема очистки веществ. При очистке веществ накапливаются промышленные отходы, количество которых все время увеличивается. Они вносят большую долю в загрязнение, отравление и разрушение окружающей среды и отрицательно влияют на воспроизводство живых организмов.

Понятие «химическая реакция» непосредственно связана с понятием биогеохимический круговорот, поскольку позволяет раскрыть сущность химических и биохимических процессов, протекающих в биосфере. Эти процессы лежат в основе обмена веществом и энергией в живых системах с элементами неживой природы. При формировании понятия «химическая реакция» указываются и анализируются виды происходящих реакций, условия их протекания, их специфичность, вводится понятие о биокаталитических процессах. Важным моментом является формирование понятия об изменениях в основных циклах в биогеохимических круговоротах, связанных с процессами загрязнения биосферы.

При изучении темы «Воздух и его состав» затрагиваются проблемы дефицита чистого воздуха. В идеально чистом виде воздух в природе не бывает. Причиной тому – естественное и искусственное загрязнение. Главным источником искусственного загрязнения атмосферы являются различные виды транспорта, тепловые электростанции, промышленность, коммунальное хозяйство, сельское и лесное хозяйство. В последние десятилетия добавилось радиоактивное загрязнение. Опасными загрязнителями атмосферы являются: фреон, разрушающий защитный экран Земли – озоновый слой; сернистый газ, превращающийся в атмосфере в серную кислоту, выпадающую на землю виде кислотных дождей.

Следует отметить, что большинство загрязнителей атмосферы являются оксидами, которые образуются в результате горения или неполного окисления. Это знакомый нам оксид серы (SO₂), оксиды углерода – угарный газ (СО), углекислый газ (СО₂), разнообразные оксиды азота.

Информация из разных регионов Земли говорит о том, что наряду с загрязнением атмосферы, идет уменьшение количества кислорода.

В качестве примера привожу информацию:

1. Реактивный лайнер при перелете из Америки в Европу за 8 часов расходует до 70 тонн кислорода. Примерно такое же количество кислорода производит за то же время 25 – 60 тысяч га леса. Если учесть повсеместное уменьшение площадей лесов, то становится понятным дефицит кислорода  в воздухе.

2. Огромное количество кислорода потребляют не только самолеты, но и автомобильный транспорт, сжигающий топливо различных видов. В связи с резким увеличением парка машин за последние 60 лет содержание кислорода в атмосфере снизилось на 246 млрд. тонн, что привело к уменьшению его концентрации в воздухе на 0, 02 %.

При недостатке кислорода в воздухе люди испытывают головокружение и головную боль. При снижении его концентрации до 11 - 13% уменьшается способность глаза различать цвета, снижается острота зрения, а при 7 – 8 %  снижении - начинается удушье и падает температура тела. Особенно чувствительно к кислородному голоданию центральная нервная система, поскольку кора головного мозга  потребляет кислорода в 30 раз больше, чем другие органы.

Таким образом, загрязнение воздуха и дефицит кислорода пагубно отражается на здоровье человека. 

Вода – универсальный растворитель. В  теме «Вода –  растворитель. Растворы. Проблемы очистки воды». В воде может растворяться множество токсичных соединений наносящих вред окружающей среде. Именно этим обусловлено большое количество экологических проблем.

При изучении данного раздела в 8 классе я практикую различные формы и методы работы, которые одновременно с экологическим образованием развивают творческое мышление и умственные способности учащихся. Стараюсь осуществлять дифференцированный подход в обучении. В гимназическом классе это может быть урок – лекция «Вода – источник жизни», с последующими творческими заданиями (составить сказку о воде, конкурс на лучшее стихотворение и т.д.). В классе, где учатся дети со средними способностями, провожу интегрированный урок «Вода, кругом вода!» с приглашением учителей литературы, физики, биологии и географии (творческое домашнее задание – нарисовать и защитить экологический плакат). В коррекционном классе использую урок – игру «Путешествие капельки» (творческое домашнее задание – подобрать поговорки, пословицы, загадки о воде).

Одновременно с изучением темы мы проводим и исследовательскую работу по определенным направлениям. Эти направления разрабатываются самими учащимися. Каждая группа учащихся имеет возможность выбора объекта и задач своей деятельности на данном объекте. Учащиеся предложили следующие объекты и темы экскурсий:

1.      Очистные сооружения города (цель – выявление степени загрязнения воды р. Белой бытовыми стоками).

2.      Аптека (цель – получение и использование дистиллированной воды)

3.      Отдел охраны природы (цель – работа с архивными документами для написания рефератов)

4.      Посещение промышленных предприятий (цель – изучение выбросов и очистки промышленных стоков)

5.      Водозабор (цель – степень и виды очистки воды).

Предлагаю исследовательскую работу на дому по теме «Охрана воды». Учащиеся должны рассчитать расход воды при неисправной водопроводной системе и небрежном отношении к воде. На основе проделанной работы проводится научно – практическая конференция по данной теме, на которой учащиеся раскрывают сущность затронутой проблемы, предлагают пути их решения. Итогом конференции является обращение, с которым мы выходим на страницы местной печати.

Экологическое воспитание продолжается и в летних туристических походах по изучению родного  края, проводимых совместно с географами и биологами.

Материалы по данному разделу я использовала при участии в Республиканской научно – методической конференции «Перспективы развития школьного химического образования в Республике Башкортостан» (г. Уфа, БИРО)

Продолжая изучение химии в 9 классе, я уделяю большое внимание глобальным экологическим проблемам, а именно, проблеме сохранения озонового слоя Земли, кислотных дождей, парниковому эффекту, загрязнению окружающей среды  тяжелыми металлами.

Например, при изучении темы «Подгруппа кислорода», обращаем внимание на техногенные факторы, разрушающие озоновый слой (азотного, хлор – фтор циклов), которые приводят к образованию озоновых «дыр» и поступлению избытка радиации на нашу Землю. Это излучение разрушение нуклеиновые кислоты, вызывает мутации в клетках живых организмов, образует злокачественные заболевания, ослабляет иммунную систему, нарушает фотосинтез растений, поражает фитопланктон Мирового океана.

Проблема кислотных осадков одна из глобальных и актуальнейших экологических проблем. Изучение данной      проблемы провожу в рамках следующих тем: «Электролитическая диссоциация», «Сера и её соединения», «Оксиды азота».

Источниками кислотных осадков в основном сернистый газ и оксиды азота. Соединения серы попадают в атмосферу, как естественным путем, так и в результате антропогенной деятельности.

Естественный путь – биологические процессы разрушения, происходящие в биосфере и вулканическая деятельность.

Антропогенный путь – до 69% от общего количества выбросов серы в атмосферу:

1.      Переработка и сжигание различных видов топлива.

2.      Выбросы предприятий черной и цветной металлургии.

Оксиды азота накапливаются в атмосфере естественным путем во время грозовых разрядов, а также в результате деятельности почвенных бактерий. С жизнедеятельностью человека связана основная часть выбросов оксидов азота:

1.      Работа автомобильного транспорта  - до 38%

2.      Теплоэнергетические – до 30%

3.      Выбросы предприятий по производству минеральных удобрений, азотной и азотистых кислот, анилиновых красителей, нитросоединений, пластмасс.

4.      Электросварка и взрывные работы (взрывные газы содержать до 20 % оксидов азота).

Сегодня промышленность всего мира выбрасывает в воздух до 150 млн. тонн SО₂ в 2 раза больше чем нужно для производства серной кислоты. Причинами столь ужасающего загрязнения воздуха являются отсталая техника и технологии, неэффективная работа очистных сооружений или их полное отсутствие, неквалифицированные кадры.

 Для более глубокого изучения данной темы предлагаю ряд тем для выполнения реферативной работы, организую экскурсии на очистные сооружения для  проведения исследовательской работы по определению кислотности водных экосистем. С учащимися анализируем состав почвы и влияние кислотных дождей на  дефицит биогенов, которые замедляют рост растений.

Опасными загрязнителями атмосферы являются также оксиды углерода – СО и СО₂. Воздух, содержащий 0,06 % по объему оксида углерода (II) СО, ядовит. Одним из главных поставщиков угарного газа в атмосферу являются автомобили. Этот газ, соединяясь с гемоглобином крови, препятствует усвоению кислорода, что может привести к летальному исходу. Угарный газ образуется при неполном сгорании топлива, поэтому работники государственной инспекции безопасности дорожного движения проводят ежегодный осмотр технического состояния автомобильного транспорта.  Учащимся старших классов предлагается экскурсия, с целью ознакомления с техникой измерения содержания СО в выхлопных газах.

На уроке предлагаю задачи экологического содержания.

Задача 

При сгорании в карбюраторе автомобиля 1 кг горючего в воздух выбрасывается до 800 грамм СО. Вычислите массу и объем (н.у.) СО, образующегося при сгорании 100 кг горючего.

Концентрация СО₂ в атмосфере 0,03%, а кислорода – 21%. В природе должен существовать баланс. Но, человек нарушил это оптимальное соотношение. Неосознанное игнорирование законов природы привело к печальным результатам. С одной стороны, к бесконтрольному выбросу СО2  в атмосферу (транспорт, электростанции, выбросы нефтегазопромыслов, дымы промышленных предприятий), с другой стороны -  к массовой вырубке лесов и гибели планктона, то есть к уничтожению природных лабораторий, в которых осуществляется процесс фотосинтеза и поглощается избыток СО₂. При избытке СО₂  создается «парниковый эффект», что приведет к повышению температуры на нашей планете.  А это, в свою очередь, может вызвать подъем уровня Мирового океана, начнут таять ледники Гренландии и Антарктиды. В результате окажутся затопленными густонаселенные низменности, граничащие с океаном. Все это пагубно повлияет на народное хозяйство, на здоровье человека, вызовет социальную напряженность и поставит угрозу существование человеческого общества на Земле.

С ростом населения, урбанизации и развитием научно – технического прогресса произошло массированное выведение веществ из земных недр (в том числе металлов) и перенасыщение ими биосферы и преобразование их соединения несвойственные природе. Наплыв веществ – загрязнителей оказался столь велик, что защитные механизмы биосферы, способность природных экосистем к самоочищению дали сбой. В результате начался период загрязнения планеты.

В настоящее время наиболее опасными загрязнителями биосферы являются тяжелые металлы. На первый взгляд, выражение «металлы – загрязнители» может вызвать недоумение. Ведь металлы в организме выполняют очень важные биологические функции. Сущность экологической проблемы металлизации биосферы объясняется тем, что в живой природе большинство металлов исполняло роль микроэлементов, человек же им навязал им несвойственную роль макроэлементов. При незначительном же изменении концентрации их функции нарушаются – в этом проявляется двойственная роль металлов в организме.

Каковы источники загрязнения тяжелыми металлами и их последствия?

1.      Громадным фактором металлизации планеты является истирание металлов и коррозия. Так, в настоящее время, человек выплавил не менее 20 млрд. тонн железа, а весь мировой металлофонд (железо в сооружениях, машинах, механизмах) составляет 6 млрд. тонн. Таким образом, 14 млрд. тонн съедены ржавчиной и рассеяны в биосфере.

2.      Производство черных и цветных металлов также ведет к металлизации атмосферы. Весь процесс – от добычи руды до получения готового продукта характеризуется потерями металлами.

3.      Загрязняют атмосферу тяжелыми металлами установки по производству электроэнергии и тепла.

4.      Промышленная и городская пыль источник перенасыщения атмосферы металлами кадмия и свинцом и др..

5.      Металлизации биосферы способствует длительное применение пестицидов, которые обуславливают поступление в почву значительное количество тяжелых металлов (свинца, ртути, меди).

6.      Вносят свой вклад в загрязнение биосферы тяжелыми металлами и кислотные дожди. В кислых почвах повышается миграция многих металлов. В результате в растениях и животных накапливается много железа, свинца, цинка.

Как итог изучения данной темы провожу конференцию по охране природы. Учащиеся защищают проекты  по внедрению безотходных производств в металлургии и охране окружающей среды.   

Поскольку экология смежный предмет, то достичь результатов экологического воспитания невозможно, используя содержание только одного предмета, поэтому необходимо интегрированное прослеживание экологических вопросов на всех этапах обучения.