Виклад основного матеріалу дослідження

Поняття «екологія», «екологізація хімічної освіти», «екологічна культура» . Нині існує кілька десятків означення екології як науки та предмета її вивчення. В Енциклопедичному словнику [16, 1543]зазначається, що екологія — наука про відносини рослинних і тваринних організмів та утворених ними спільнот між собою і навколишнім середовищем. Г. Т. Васюкова та О.І. Ярошева відмічають, що «екологія — це наука про взаємозв'язки, що забезпечують існування організмів (включаючи людину) і надорганізмених систем: популяцій, екосистем і біосфери» [1, 9]. А у шкільному підручнику «Біологія» для 11 класу наведемо таке означення екології - «наука про організми у природі, їх взаємини один з одним і неживими компонентами середовища життя» [12, с. 163]. Як видно з цих означень, вчені відійшли від суто біологічного розуміння екології і все більше наближаються до вивчення законів раціонального використання середовища існування, його збереження й охорони.

У системі освіти розглядаються дві компоненти: екологічна освіта й екологізація системи освіти. Екологічна освіта характеризується безпосереднім засвоєнням екологічних знань [1]. Це безперервний процес навчання, виховання і розвитку особистості, спрямований на формування екологічно грамотного, культурного і відповідального громадянина [8]. Екологізація системи освіти — це проникнення екологічних ідей, понять, принципів в інші дисципліни.

Щодо екологізації хімічної освіти, то В. М. Назаренко [13] вважає, що головним є екологізація предметного змісту, і бачить цей процес у введенні екологічної компоненти до змісту програм, навчальних підручників, матеріалів тощо. Інші [9] пропонують два способи розв’язання проблеми екологізації шкільного курсу хімії: визначення змісту екологічної освіти та розробку функціональних форм включення учнів в екологічну діяльність.

Отже, зміст шкільного курсу хімії має відображати:

• 1) взаємозв'язок, взаємозалежність і взаємообумовленість живої і неживої природи (кругообіги енергії, хімічних елементів, речовин та інформації);
• 2) залежність фізіологічних функцій сполук від їхнього складу, будови, властивостей;
• 3) поєднання позитивної та негативної дії тієї самої сполуки на природній об'єкт залежно від її концентрації;
• 4) взаємозв'язок хімічних і екологічних понять [3, 37].

Поняття " екологічна культура" має декілька означень. За В. С. Крисаченком екологічна культура — це «здатність людини відчувати живе буття світу, приміряти і пристосовувати його до себе, взаємоузгоджувати власні потреби й устрій природнього довкілля» [10, 14]. На думку Н. М. Мамедова [11, 51], екологічна культура — це сукупність знань, умінь, соціальних й інтелектуальних норм, керуючись якими людина усвідомлює себе (і відповідним чином діє) як частину природнього середовища і як об'єкт, відповідальний перед собою, своїми сучасниками і майбутніми поколіннями. В узагальненому сенсі поняття «екологічна культура розглядається зазвичай як здатність людей користуватися своїми екологічними знаннями і уміннями в практичній діяльності [8]. Ми дотримуємося саме такого погляду на сутність поняття «екологічна культура». Дослідники [4]виокремлюють складники екологічної культури: рівень екологічних знань, рівень екологічної свідомості та запас практичних умінь і навичок у справі охорони довкілля. ці компоненти реалізуються у змісті предметів природничого циклу, зокрема в хімії.

Аналіз літературних джерел [3; 9; 13; 14]доводить, що до найбільш уживаних методичних прийомів щодо формування екологічної культури учнів в процесі вивчення хімії в загальноосвітніх навчальних закладах належать екологізації хімічного експерименту та розробка і використання завдань екологічного змісту.

Екологізація навчального хімічного експерименту. На основі аналізу літературних джерел нами виокремлено напрями екологізації навчального хімічного експерименту:

• 1) розробка екологічно безпечного експерименту;
• 2) використання хімічного експерименту для пояснення природних процесів та явищ;
• 3) використання аналітичних методів для моніторингу стану довкілля;
• 4) вивчення впливу речовин на живі організми і екосистеми;
• 5) переробка відходів шкільного хімічного експерименту. Деталізуємо зазначені напрями екологізації хімічного експерименту.

Екологічна безпечність експерименту тісно пов’язана з питанням безпеки життєдіяльності вчителя та учнів. Безпечність, наочність, ощадливе затрачення речовин — характерні особливості проекційного та віртуального хімічного експериментів [2; 5]. Для безпечного проведення хімічного експерименту необхідно використовувати розчини речовин різної концентрації:

• 1) кислоти: HCl (1:3), HNO3 (1:3), H2SO4 (1:5; 3:2), CH3COOH (1:1);
• 2) луги: NaOH (c = 1 моль/л), Ca (OH)₂, Ba (OH)₂ — насичені та відфільтровані, NH₃-H₂O (1:5);
• 3) солі — с = 1 моль/л; солі Барію, Плюмбуму, Аргентуму потребують особливого поводження (w=1%).

Безпечність демонстраційного експерименту забезпечується завдяки використанню приладів — замкнутих систем.

Безпечне виконання лабораторних дослідів та практичних робіт з хімії досягається під час роботи з малими кількостями речовин з використанням наборів посуду для реактивів (НПР) та посуду мініатюрного (НПМ) [17]. Окремі лабораторні досліди можна проводити з розчинами органічних речовин [17, 145].

Деякі лабораторні досліди, наведені в шкільних підручниках чи методичних посібниках, потребують удосконалення, оскільки їх виконання пов’язано з використанням токсичних речовин. Так, для виявлення Хлору в органічних сполуках пропонуються легкозаймисті сполуки — хлороформ, дихлороетан. Якісне визначення Хлору можна провести на прикладі полівінілхлориду. Для досліду необхідно підготувати мідну дротину зі спіраллю на одному її кінці та шматочки полівінілхлориду розміром 2×3 см. Під час виконання досліду мідну дротину прожарюють у полум'ї спиртівки доти, поки вона не перестане забарвлюватись. Дротину охолоджують. Потім шматочок плівки вміщують між витками спіралі, знову вносять у полум’я. зелене забарвлення полум’я свідчить про наявність Хлору в сполуці, що аналізують [7].

Використання хімічного експерименту для пояснення природних процесів і явищ. Цей вид експерименту формує вміння приймати рішення в умовах моделювання надзвичайних ситуацій.

Дослід 1. Очищення води від синтетичних мийних засобів (СМЗ).

Реактиви: розчин СМЗ (пральний порошок «Лотос»), натрій хлорид.

Обладнання: штатив з пробірками, пробіркотримач, спиртівка, шпатель, сірники, скляна паличка.

Техніка виконання. У пробірку наливають розчин СМЗ об'ємом 2−3 см 3, нагрівають в полум'ї спиртівки і додають натрій хлорид до утворення насиченого розчину, постійно помішуючи скляною паличкою. В міру насичення розчину натрій хлоридом розчинність СМЗ зменшується. СМЗ спливає над прозорою рідиною у вигляді сирнистих пластівців, які можна зібрати або відфільтрувати.

Дослід 2. Очищення стічних вод від домішок солей важких металів.

Реактиви: розчини: купрум (ІІ) сульфат (с = 0,1 моль/л), натрій гідроксид (с = 0,1 моль/л), активоване вугілля (аптечні пігулки).

Обладнання: два хімічні стакани місткістю 100−150 см ³, скляні палички.

Техніка виконання. У два хімічні стакани наливають воду об'ємом 50−60 см 3 і додають розчин купрум (ІІ) сульфату об'ємом 1 см3. Уміст стаканів перемішують скляною паличкою. Потім у 1-й стакан добавляють 1 см3 розчину натрій гідроксиду. Спостерігають випадання блакитного осаду:

CuSO₄ + 2NaOH = Cu (OH^ + Na₂SO₄.

У 2-й стакан добавляють дві пігулки активованого вугілля. Уміст стакану добре перемішують скляною паличкою і дають відстоятися. До відстояного розчину добавляють 1 см ³ розчину натрій гідроксиду. Ефекту реакції не спостерігається. Роблять висновок, що активоване вугілля виявляє адсорбційні властивості.

Аналітичні методи визначення стану довкілля. Мета експерименту полягає у ознайомленні учнів з методами моніторингу за станом довкілля.

Дослід 1. Дослідження консервних банок на домішку свинцю.

Реактиви: спирт етиловий (w=96%), розчин оцтової кислоти (w=40%), розчин калій йодиду (w=4%).

Обладнання: жерстяна консервна банка, вата.

Техніка виконання. Місце для дослідження знежирюють жмутком вати, змоченої етиловим спиртом. Другий жмуток вати змочують розчином оцтової кислоти і накладають на 3−4 хвилини на очищене місце. Потім на очищене місце кладуть жмуток вати, змоченої розчином калій йодиду. Швидке пожовтіння вати утворюється плюмбум (ІІ) йодид) вказує на наявність домішки свинцю вище норми, більше 1% (допускається не більше 0,04%).

Вивчення впливу речовин на живі організми. Мета експерименту полягає у ознайомленні учнів із згубною дією речовин на організм людини, правилами поводження з побутовими хімікатами, шкідливістю алкоголю.

Дослід 1. Осадження білків органічними сполуками.

Реактиви: етиловий спирт (w=96%), фенол (водний розчин, w=3%), білок курячого яйця (водний розчин, w=1%), кристалогідрат кобальт хлориду СоСl₂ * 6H₂O, харчова сода (водний розчин, w=10%), цукор (водний розчин, w=10%), шматочок хліба.

Обладнання: штатив з пробірками, шпатель.

Техніка виконання:

• а) Коагулююча дія органічних сполук на білки. У дві пробірки наливають розчину білка об'ємом 1 см ³, потім в одну пробірку додають розчин фенолу, а у другу — етанолу такого самого об'єму. В обох пробірках спостерігають коагуляцію білка.
• б) Водовіднімальна дія етанолу. У пробірку наливають етанол об'ємом 1,52 см³ і додають шпатель кристалогідрату кобальт хлориду рожевого кольору, що одразу набуває синього кольору, перетворюючись на безводну сіль CoCl₂. Роблять висновок про водовіднімальну дію етанолу. Аналогічно він діє і на живі клітини: віддаючи воду, вони гинуть.
• в) Дія спирту на харчові продукти. У пробірки з водою, розчинами харчової соди, цукру, спиртом вміщують по шматочку хліба. Спостерігають, що у воді, розчинах соди і цукру він розм’якшується, плаває на поверхні, а у спирті твердне і тоне. Роблять висновок про те, що спирт утруднює перетравлювання їжі.

Переробка відходів шкільного хімічного експерименту. Мета експерименту полягає у ознайомленні учнів з технологією безвідходних виробництв [6]. Розглянемо це на прикладі використання продуктів розкладання калій перманганату, який використовується для добування кисню та вивчення його властивостей:

2KMnO₄=K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂t.

Під час проведення практичної роботи клас витрачає калій перманганат масою до 40 г. Під час розкладання цієї маси KMnO₄ одержується суміш манган (ІV) оксиду та калій манганату K₂MnO₄ масою 35 г. З цього залишку можна добути додатково кисень, манган (ІV) оксид, хлор.

Добування кисню. Продукти розкладу калій перманганату можна використати для додаткового добування кисню. Із твердого залишку (K₂MnO₄, MnO₂) масою 1 г можна одержати 50−60 см ³ кисню. Утворюється він при взаємодії калій манганату з ортофосфатною кислотою (MnO₂ в реакцію не вступає):

2K₂MnO₄ + 4Н ₃Р 04ІКН ₂Р 0₄ + 2MnO₂ + O₂t + 2H₂O.

Реакція відбувається при нагріванні. На твердий залишок (K₂MnO₄, MnO₂) масою 1 г необхідно ортофосфатної кислоти об'ємом 4 см³. Оскільки реакція супроводжується спіненням, то її краще проводити у колбі Вюрца. Продукти реакції (густа темна маса) розбавляють невеликою кількістю води і фільтрують. Виділений манган (ІV) оксид кілька разів промивають водою і сушать та використовують за призначенням.

Завдання хіміко-екологічного змісту. Аналізуючи науково-методичну літературу з проблеми дослідження, ми дійшли висновку, що одним із методів формування екологічної культури під час вивчення хімії в загальноосвітніх навчальних закладах є використання завдань хіміко-екологічного змісту. Хіміко-екологічні завдання — це теоретичні запитання, розрахункові та експериментальні задачі, тести, в яких розкривається зв’язок певного хімічного явища з екологією. Добираючи завдання хіміко-екологічного змісту, необхідно дотримуватись певних вимог, згідно з якими ці завдання мають:

• 1) бути пов’язані з програмним навчальним матеріалом з хімії;
• 2) відображати сучасний стан екологічних проблем і шлях їх розв’язання із застосуванням хімічних методів;
• 3) містити доступний фактичний та цифровий матеріал, зручний для проведення обчислень;
• 4) формувати пізнавальний інтерес до екологічних проблем; мати емоційне забарвлення; бути особисто значущим для учня [9, 47].

Наведемо приклади завдань хіміко-екологічного змісту.

Теоретичні запитання. 1. Чи у всіх випадках процес знесолення води цілком виправданий з екологічної точки зору? Дайте мотивовану відповідь. 2. На яких властивостях озону базується його застосування під час очищення стічних вод? Відповідь мотивуйте. 3. Які реакції відбуваються при внесенні в кислі ґрунти: а) фосфоритного борошна; б) доломітового борошна; в) вапняку? Чи у всіх випадках знижується кислотність ґрунту?

Розрахункові задачі:

• 1. В радіусі 5 км навколо хімічного заводу відчувається легкий запах гідроген сульфіду. Аналіз проб повітря, відібраних з гвинтокрила, показав, що газ розповсюджений на висоті до 2 км. Концентрація гідроген сульфіду у повітрі цієї зони складає 1/20 ГДК, що дорівнює 0,01 мл/л. Яку масу сульфатної кислоти можна одержати із гідроген сульфіду, якби вдалось його повністю вилучити з повітря?
• 2. ГДК фенолу у водоймі становить 0,001 мг/л. Обчисліть, у скільки разів концентрація фенолу буде перевищувати гранично допустиму, якщо у водойму 10⁴м³ зі стічними водами коксохімічного заводу потрапив фенол масою 47 кг.

Експериментальні задачі:

• 1. Дослідним шляхом доведіть наявність у природній воді сульфатів та карбонатів.
• 2. Дослідним шляхом доведіть наявність ферум (Ш)-іонів у природній воді.
• 3. Дослідить, як впливають умови зберігання на вміст вітаміну С у картоплі.

Таким чином, формування екологічної культури учнів в процесі вивчення хімії в загальноосвітніх навчальних закладах забезпечується екологічною складовою змісту шкільного курсу хімії, використанням екологізованого хімічного експерименту, хіміко-екологічних завдань.