Методические указания по проведению экологических исследований в школе с использованием водно-органических растворов
методическая разработка по биологии (11 класс)

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение

средняя общеобразовательная школа д. Байназарово муниципального района Бурзянский район

Республики Башкортостан

Методические указания по проведению экологических исследований в школе с использованием водно-органических растворов

Разработала: учитель биологии и химии

Шамигулова З.К.

2022 год

Введение

Построение учебного процесса - одна из сложнейших проблем, стоящих перед специалистами средней школы. В настоящее время большинство программ школьного курса химии характеризуются интересным изложением, соответствуют современному состоянию науки, снабжены необходимыми учебно-методическими материалами, т.е. учителю ясно чему учить. Но как учить? Этот вопрос по-прежнему вызывает большие споры и, по сути, остаётся открытым.

В основе профессиональной подготовки учителя химии лежат требования социального заказа общества о реализации в процессе обучения образовательной, воспитывающей и развивающей функции. Важнейшей функцией учебного процесса является развивающая функция. Обучение, которое формирует навыки учебной деятельности учащихся и непосредственно влияет на умственное развитие и интенсификацию их практической деятельности, называют развивающим обучением.

Для того чтобы обучение успешно выполняло развивающую функцию, необходима специальная обработка химического содержания, особая организация учебного процесса и глубокое проникновение в психологию каждого ученика. Незаменимую роль в этом может сыграть эксперимент. Демонстрация опытов помогает учителю добиться своего авторитета в глазах ученика, а значит и высоких результатов.

Вместе с тем, учителю нужно быть в центре передовых технологий, важно заниматься научно-исследовательской работой. Всё это вносит существенный вклад в формирование у учащихся основ научного мировоззрения. В связи с этим, современному учителю необходимо связать свои уроки, как с жизнью, так и с научными достижениями, применяя такие методы, которые позволили бы каждому школьнику с удовольствием посещать его уроки.

Между учителем и учеником постоянно происходит обратная связь, а результатом является творческое развитие ребенка. Структуру учебной деятельности составляют учебные задачи, учебные действия и действия контроля и оценки. Под учебной деятельность понимается такая работа ученика, которая обязательно состоит из указанных компонентов и направлена на овладение обобщенными способами деятельности.

Для освоения учащимися компонентов учебной деятельности, урок подразделяется на три этапа. Он начинается с ориентировочно-мотивационного этапа, который включает такие компоненты учебной деятельности как потребности, мотивы, целеполагания, планирование. Реализация учебной деятельности начинается с мотивацию

Этот этап продолжает операционально-исполнительский этап. Полноценная учебная деятельность невозможна вне действия моделирования способов решения в графической, знаковой и буквенной форме. Целью учебного моделирования объектов изучения является: выявление и фиксация в наглядно-действенной форме научно – теоретической сущности изучаемых объектов, отражение предметной стороны учебной деятельности.

Решение учебной задачи посредством учебных действий должно завершиться формированием контрольно-оценочных действий – рефлексивно-оценочный этап. Действие самоконтроля – определение соответствия учебных действий условиям учебной задачи на основе предполагаемых результатов, опирающихся на развитие внутренний план и рефлексию. Действие самооценки – определение степени усвоения общего способа решения учебной задачи и соответствия результата учебных действий их конечной цели. Такое отношение школьников к собственным действиям служит существенным условием правильности их построения.  

1. Разработка методической части

Сегодня общеобразовательная школа призвана заложить основу формирования личности с новым образом мышления и типом поведения в окружающей  среде - экологическим. Чем раньше ученик будет введен в сферу экологических проблем, тем эффективнее будет протекать процесс воспитания у него ответственного отношения к природе.  

Роль химии в решении экологических проблем на современном этапе

значительна:

- изучая состав, строение и свойства веществ, химия может ответить, как ведет себя то или иное вещество в атмосфере, почве, водной среде, какие воздействия оказывает оно и продукты его превращений на биологические системы;

- раскрывая механизмы биогеохимических процессов в природном круговороте элементов, химия способствует решению задачи наиболее естественного и «безболезненного» вхождения промышленного производства в природные циклы, делая его частью какой-либо экосистемы;

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

Целью работы является использование результатов изучения равновесных процессов в водно-ацетоновых растворах щелочных металлов при формировании предметных компетенций.

Задачи:

-систематизировать знания учащихся о вредном влиянии загрязнения биосферы на организм человека;

-показать необходимость экологических знаний для жизни каждого человека;

-научить применять полученные знания в конкретной ситуации;

 -совершенствовать навыки постановки и проведения опытов;

-учить работать с дополнительной научной литературой с целью формирования общеучебных навыков и самообразования учащихся.

Данный урок рассчитан на 3 часа для учащихся 10-го класса с включением лабораторных работ.

2. Тематическое планирование уроков по химии для 10-го класса                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

Урок 1

Тема: Общие сведения о влияние солей на окружающую среду.

Цель: изучить воздействие антигололедных смесей (технические соли-NaCl и CaCl2) на состояние обуви, автомобилей и здоровье людей, о влияние засоления воды и почвы на флору и фауну окружающей среды. 

Задачи урока:

Образовательные задачи:

1. Закрепить знания учащихся о составе, строении, свойствах технических солей в зависимости от особенностей их строения.
2. Познакомиться с литературой по данной проблеме.
3. Изучить состав противогололёдных реагентов.

Развивающие задачи:

1. Совершенствовать умение учащихся анализировать, сравнивать, устанавливать взаимосвязи между строением и свойствами, делать выводы и обобщения.
2.  Развивать логическое и творческое мышление.

Воспитательные задачи:

1)Определить положительные и отрицательные аспекты влияния противогололедных реагентов на среду нашего обитания.

Оборудование и материалы:

Интерактивная доска, проектор, презентация на тему «Влияние антигололедных смесей на окружающую среду».

Ход работы:

I. Ориентационно - мотивационный этап (30 мин.)

II. Операционально - исполнительский этап (5 мин.)

III. Рефлексивно - оценочный этап (5 мин.)

I. Ориентационно - мотивационный этап

Учитель: Что такое антигололедные реагенты?

Антигололедные реагенты (противогололёдные реагенты) - это специальные средства, созданные на основе солей кальция (CaCl2 - хлористый кальций), магния (MgCl2*6Н2О - хлористый магний) и натрия (NaCl2 - хлористый натрий), применяемые при борьбе со льдом и снежным накатом зимой. Антигололедными реагентами обрабатывают твёрдые покрытия (пешеходные дорожки, тротуары, проезжую часть), подверженные образованию наледи, возникающей при замерзании влаги и при снежном накате. Выбор антигололедных реагентов весьма обширен, они распространяются как в твердом, так и в жидком виде, в зависимости от технологии их применения и производства.

Классификация

Средства против обледенения можно подразделить на:

Естественные: техническая соль (хлорид кальция, хлорид натрия, хлорид магния и др.), обычный строительный песок, мелкий гранитный щебень, или, как его еще называют, гранитная крошка.

Искусственные: противогололёдные реагенты, полученные химическим путем в лабораторных условиях. К наиболее популярным химическим противогололёдным реагентам сейчас относят хлористый натрий, хлористый магний, хлористый кальций и песко-соляную смесь.

Антигололедные реагенты бывают:

•  жидким;
•  твердыми;
• -гранулированными.

Все виды антигололедных реагентов имеют различный состав и химические характеристики, но объединяет их одно общее свойство – понижение точки плавления снега. В снежную, слякотную погоду больше всего используются реагенты твердых видов, а в сухую погоду, при гололеде – жидкие химические вещества.

У этих реагентов есть и иные сферы их использования:

Хлорид натрия — это обычная поваренная соль, которую все мы употребляем в пищу. На улицах используется хлорид натрия с низкой степенью очистки, который может содержать примеси песка или других солей — так называемая техническая соль.

Хлорид кальция — это кальциевая соль соляной кислоты, зарегистрированная как пищевая добавка Е509. Эта добавка применяется для консервирования овощей и фруктов, для смягчения мяса, используется при ферментации молочных продуктов (например, при производстве творога).

Хлорид магния — это неорганическое соединение, достаточно часто встречающееся в природе. В производстве продуктов питания хлорид магния выступает в качестве отвердителя и загустителя (Е511).

Ацетат калия — это кристаллы без цвета, либо белые, обладающие вкусовыми характеристиками слабой щелочи. В сфере производства пищевых продуктов раствор калия ацетата и его кристаллы применяются в роли консервантов, а также регуляторов кислотности.

Хлорид кальция (СаCl2):

«Плюсы»:

• быстрее и эффективнее растапливает лед и предотвращать образование гололеда
• можно использовать не только во время снегопада, но и до и после него в качестве профилактики
• проникая в почву, кальций улучшает ее состояние, а расход этого реагента и экологическая нагрузка намного ниже поваренной соли

«Минусы»:

• непродолжительный срок действия, равный в среднем 3 часам
• на 30 процентов уменьшает коэффициент сцепления шин с дорогой
• вызывает аллергию не только у людей, но и у животных
• разъедает металл
• агрессивен по отношению к обуви из натуральных материалов
• известный своими отбеливающими свойствами, изменяет цвет обуви

Бишофит – хлорид магния (MgCl2*6Н2 О):

«Плюсы»:

• эффективен даже при низких температурах и предотвращает образование гололеда в течение нескольких дней, что существенно сокращает нормы его расхода
• не образует скользкой пленки на дорожном покрытии при таянии льда
• способен впитывать в себя влагу из окружающей среды

«Минусы»:

• оказывает губительное влияние на почву
• возможны аллергические реакции как у людей, так и у животных
• накапливает анионы магния в почвах и природных водах
• вызывает ожоги лап у животных

Ацетат калия (СН3СООК):

«Плюсы»

• не теряет свои свойства даже при температуре -60 градусов
• срок его действия длится вплоть до 3-7 суток с момента нанесения.
• не вызывает коррозии металлов
• коэффициент сцепления при обработке этим реагентом остается высоким
• минеральные свойства входящих в состав веществ удобряют почву
• не разъедает резину и металл

«Минусы»

• вызывает аллергию
• дорогой противогололедный реагент
• пагубно влияет на кожаную обувь

Хлорид натрия (NaCl):

«Плюсы»

• самый дешевый способ борьбы с гололедом
• моментально растапливает лед
• не замерзает от 0 до 16° С и действует постоянно

 «Минусы»

• забивает водяные стоки
• загрязняет газоны
• пары солей натрия разъедают вставки электропроводов
• соль разъедает кузова, колеса автомобилей, обувь прохожих
• происходит засоление почв, погибают зеленые растения

Коктейль из реагентов:

Например, раствор хлористого кальция или хлористый натрий сначала превращает лед в воду, а затем происходит обратный химический процесс, гидролиз соли, в результате чего образуется малорастворимый в воде осадок. А это в свою очередь приводит не только к грязи, но и уменьшению коэффициента сцепления шин с дорожным покрытием. Кроме того, входящие в состав реагентов химические вещества вызывают неспецифические реакции кожи, слизистых и бронхов людей и животных. Обостряются заболевания у аллергиков и астматиков.

Происходит это в первую очередь потому, что на дорогах реагенты смешиваются с другими веществами, источниками которых является целый ряд факторов. Во-первых, автомобильные покрышки выделяют значительное число химических компонентов (например, углерода или серы), кроме того, в результате трения от них отделяются мелкие каучуковые частицы, которые смешиваются с хлоридами солей натрия и кальция. Во-вторых, днища автомобилей обрабатываются антикоррозийными покрытиями, которые также вступают в химическую реакцию с антигололедными реагентами. Еще одним источником дополнительных химикатов служат жидкости для омывания автомобильных стекол, часть которых попадает на дорогу. Четвертым источником компонентов для химического «коктейля» является само дорожное покрытие.

Кроме того, сам реагент — хлорид кальция или хлорид натрия — не используется в чистом виде. Хлорид служит основой реагента, к которой добавляется песок или гранитная крошка, кроме того, компоненты реагентов могут содержать примеси (магний, медь, кобальт, свинец, мышьяк, ртуть, молибден). Нетрудно представить, какая гремучая смесь веществ, вступающих в активные химические реакции между собой, попадает в почву, на нашу обувь, лапы домашних животных, а также растущие в городе растения.

Борьба с реагентами:

Химические реагенты для борьбы со льдом на дорогах используются не только в России — в США и Канаде дороги посыпают хлоридом магния.

Однако помимо агрессивных химических соединений можно использовать и другие методы борьбы со льдом: так, в Австрии, Финляндии или Швеции наряду с химикатами используется фрикционный метод: дороги посыпаются песком или каменной крошкой. Плюс этого способа в том, что никаких химических реакций не происходит, а минус заключается в недолговечности такого покрытия. Песок и крошка сдуваются с дорог ветром, разносятся колесами машин и ногами пешеходов, а также царапают обувь.

В Швеции применяется и еще один непривычный для нас метод, названный в честь исследователя ТоргейраВаа. Ученый выяснил:

если мелкий песок смешать с горячей (90–95ºC) водой в пропорции 7 к 3 и затем разбрызгивать эту смесь на снег и лед, то песчинки будут «вплавляться» в лед, тем самым делая поверхность шероховатой. Песок при этом не сдувается ветром, а сцепление автомобильных колес и обуви пешеходов с поверхностью увеличивается.

Такой обработки хватает примерно на неделю (даже при достаточно интенсивном движении), затем ее необходимо повторять.

В Норвегии пошли еще дальше — там строят автомобильные трассы с подогревом. Такой радикальный (и дорогой) метод позволяет вообще забыть о снеге и льде на дорогах. Япония также не использует для борьбы со льдом никаких средств, в том числе и теплых дорог.

Японцы пошли по одному из самых простых путей — они просто-напросто чистят дороги. Для этой страны характерные мощные и непродолжительные снегопады, поэтому такое решение проблемы вполне эффективно.

II. Операционально - исполнительский этап

Учитель: Ребята, откройте тетради и запишите  какие соли входят в антигололедные смеси, а также «+» и «-».

III. Рефлексивно - оценочный этап

Учитель: Ребята, вам нужно будет разделиться на подгруппы и приготовить доклады с презентацией.

Рефлексия учебной деятельности.

На листе бумаги обведите свою ладошку. Каждый палец – это какая-позиция, по которой необходимо высказать свое мнение:

Большой – «сегодня я узнал…»

Указательный – «я понял, что…»

Средний – «мне было трудно…»

Безымянный – «меня удивило…»

Мизинец – «мне захотелось…»

Урок 2

Тема: Влияние кислородосодержащих органических соединений на окружающую среду.

Цель урока: изучение влияния кислородосодержащих соединений на окружающую среду и на организм человека.

Задачи урока:

Образовательные задачи:

4. Закрепить знания учащихся о составе, строении, свойствах кислородсодержащих органических соединениях в зависимости от особенностей их строения.
5. Расширить понятие о функциональных группах, о физических и химических свойствах соединений этих классов.
6. Отработать умения и навыки обращения с лабораторным оборудованием и реактивами и методику распознавания веществ на основании их химических свойств.

Развивающие задачи:

3. Совершенствовать умение учащихся анализировать, сравнивать, устанавливать взаимосвязи между строением и свойствами, делать выводы и обобщения.
4.  Развивать логическое и творческое мышление.

Воспитательные задачи:

1. Особое внимание уделить проблеме физиологического действия альдегидов, спиртов, вредного воздействия этанола на организм человека.
2. Помочь формированию правильного отношения к собственному здоровью и понятию «здоровый образ жизни».
3.  Воспитывать самостоятельность, коммуникативность, креативность, познавательную активность. Воспитывать бережное отношение к окружающей среде.

Оборудование и материалы:

1. Пробирки
2. Стеклянная палочка
3. Пипетка
4. Щипцы
5. Груша
6. Химический стакан
7. Воронка
8. Фильтровальная бумага

Реактивы:

1. этанол (C2H5OH)
2. дистиллированная вода
3. поваренная соль (NaCl)
4. физиологический раствор
5. фенол
6. куриный белок
7. кровь

Ход работы:

I. Ориентационно - мотивационный этап (15 мин.)

II. Операционально - исполнительский этап (20 мин.)

III. Рефлексивно - оценочный этап (5 мин.)

I. Ориентационно - мотивационный этап

Учитель: 21 век по праву называют «веком новых технологий». И одной из черт, отличающих современного образованного человека, является его химически грамотное отношение к себе, своему здоровью, окружающей среде. Химически грамотным можно стать, только изучая, познавая окружающий мир, а самым эффективным способом познания является исследование. И сегодня на уроке каждый из вас совершит пусть небольшое, но самостоятельное открытие, которое позволит глубже проникнуть в тайны великой науки химии.

Ребята, мы все знакомы органическими соединениями, которые широко применяются  в медицине, как вы думаете, какие кислородосодержащие соединения  сегодня будем рассматривать?

Учащиеся: СПИРТЫ!

Учитель: Верно! Дайте определение понятию –«спирты».

Учащиеся: Спирты – это органические соединения, в состав молекул которых входит одна или несколько гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.

Учитель: Наркотические свойства и токсичность одноатомных спиртов резко возрастают от низших гомологов к высшим. Так, молекулярная масса амилового спирта в 2 раза больше, чем этилового, а токсичность    амилового спирта в 20 раз превышает токсичность этанола. Исключение    составляет метанол, о влиянии которого расскажут учащиеся.

(Во время выступления учащихся, остальные делают краткие записи по плану (написан на доске):

1. Название вещества.2. ПДК (предельно допустимая концентрация).3. Влияние вещества на организм человека и окружающую среду.

 Учащиеся: Метанол широко применяют в производстве пластмасс, искусственной кожи, стекла, фотоплёнки, при синтезе ряда лекарств, а также как органический растворитель. Смертельная доза метанола колеблется в пределах 30-100мл. Но тяжёлые отравления могут быть вызваны приёмом даже 7-10мл. Метиловый спирт, принятый внутрь, быстро распространяется по всем тканям и органам в связи с высокой водо- и липидорастворимостью. Он окисляется в печени, но медленнее, чем этанол. Метанол превращается сначала в муравьиный альдегид, а затем в муравьиную кислоту, особенно токсичное вещество. При тяжёлом отравлении отмечаются сильная головная боль, тошнота, недомогание, затем наступает глубокий сон, а спустя 12-36 часов резко нарастает мышечная слабость, появляются боли в пояснице, животе, расширяются зрачки, двоится в глазах, начинается ухудшение зрения, переходящее в слепоту, затем быстро нарастает сердечно-сосудистая недостаточность, нарушается дыхание и наступает смерть.

Учитель: Какой же вред преподносит нам этанол? Кратко: его можно назвать социальным токсином. Он стал причиной  серьёзной проблемы для общества – алкоголизма. Этанол легко проходит через биологические мембраны, повреждая при этом их структуру; оказывает токсичное действие на генетический аппарат человека.

В гомологическом ряду одноатомных спиртов с увеличением числа атомов углерода в молекуле возрастает гемолитическое действие веществ (гемолиз – разрушение эритроцитов в крови с выделением гемоглобина во внешнюю среду), следовательно, спирты относят к гемолитическим ядам.

Учитель: Что представляет организм человека с точки зрения биологии?

Учащиеся: Организм человека – белковая материя.

Учитель: Правильно!  Как вы думаете, что произойдет при действии спирта на белок?

Учащиеся: Высказывают предположения.

Учитель: Давайте проверим на практике.

II. Операционально - исполнительский этап

Учитель: Ребята, откройте тетради и запишите методику выполнения лабораторной работы. (Напомнить детям правила техники безопасности).

Методика выполнения лабораторной работы:

 Оборудование и материалы:

1. штатив с пробирками
2. Стеклянная палочка
3. Пипетка
4. Щипцы
5. Груша
6. Химический стакан
7. Воронка
8. Фильтровальная бумага
9. Ступка с пестиком

Реактивы:

1. этанол (C2H5OH)
2. дистиллированная вода
3. поваренная соль (NaCl)
4. физиологический раствор
5. куриный белок
6. кровь

Опыт 1: В пробирку помещают кусочек сырого мяса(5-6 г) и добавляют 10 мл этанола. Через 1-2 минуты цвет мяса меняется. Из-за чего цвет мяса меняется?

Опыт 2:  Кусочек сырого мяса (10г) растирают с небольшим количеством воды до кашицеобразного состояния и отфильтровывают. К 1-1,5мл полученного прозрачного раствора добавляют несколько кристалликов поваренной соли и 5мл. спирта. Выпадает осадок. Что происходит с мясом и как называется этот процесс?

Опыт 3:  В пробирку наливают 3-4 мл яичного белка и добавляют 5 мл этиловый спирт. Выпадает осадок. Что происходит с белком?

Опыт 4: В две пробирки наливают по 5мл. разведённой крови, в одну из них добавляют 5мл. физиологического раствора, в другую – 5мл. спирта. Взбалтывают содержимое пробирок. В пробирке с физиологическим раствором содержимое остаётся мутным, так как эритроциты не разрушаются, а в пробирке со спиртом раствор становится прозрачным.

Это означает, что красные тельца под действием алкоголя разрушаются. Вывод.

III Рефлексивно - оценочный этап

Учитель: Подведя итог нашей работы, я предлагаю вам в качестве домашнего задания найти ответы на следующие вопросы:

1. почему при всей токсичности и опасности этанол и метанол производятся химической промышленностью в большом объеме?
2. почему одна и та же доза алкоголя действует по-разному на людей?

Рефлексия учебной деятельности.

На листе бумаги обведите свою ладошку. Каждый палец – это какая-позиция, по которой необходимо высказать свое мнение:

Большой – «сегодня я узнал…»

Указательный – «я понял, что…»

Средний – «мне было трудно…»

Безымянный – «меня удивило…»

Мизинец – «мне захотелось…»

3. Заключение

Разработанные уроки способствуют глубокому усвоению знаний и развитию детей. Это подтверждают данные: все учащиеся получили соответствующие высокие оценки. Данные уроки включают в себя обзорные лекции с сопровождением лабораторных работ, и прослушивание докладов  учащихся.