Построение экологизированного курса химии с использованием системного подхода

Важнейшей задачей российской высшей школы является подготовка специалистов, способных решать постоянно возникающие перед ними многочисленные проблемы, в том числе экологические. Чтобы решить эту задачу необходимо, в первую очередь, освоить знания и методы деятельности, формирующие научное мышление. Элементы научно-творческого мышления закладываются уже в средней школе и получают дальнейшее развитие в высшем учебном заведении опираясь на научные знания.

Наиболее действенный способ формирования у обучаемых научных химических знаний и химического мышления реализуется, когда структура преподаваемой учебной дисциплины отвечает системе химической науки.

Использование системного подхода в преподавании заключается в том, что учебная дисциплина рассматривается как система, в общих чертах повторяющая систему самой фундаментальной науки и ее связи с другими науками [5]. Это означает, что курс химии строится на основе переноса системы изучаемой науки на систему учебной дисциплины [2]. Поэтому содержание и структура учебной дисциплины должны отражать содержание и структуру изучаемой науки, как состоящей из нескольких взаимосвязанных основных учений.

В работе [3] было показано, что системный анализ современной химической литературы позволяет выделить в химии четыре основных учения:

1. о направлении химических процессов (химическая термодинамика);
2. о скорости химических процессов (химическая кинетика);
3. о строении вещества;
4. о периодичности (о периодическом изменении свойств элементов и их соединений).

В экологизированном курсе химии добавляется экология, которую можно рассмотреть как пятое учение химии, находящееся во взаимосвязи с перечисленными учениями. Такое построение учебного содержания и учебного процесса открывает перед учащимися возможность системно изучить химию и получить достаточно полный объем экологических знаний. При этом для формирования системного химико-экологического мышления в рамках выделенных учений требуется определенная организация освоения курса.

Для формирования у обучающихся творческого системного мышления недостаточно системно отобрать предметное содержание учебного курса. Необходимо также разработать методы научного познания.

Задача эффективного усвоения может быть решена на основе деятельностного подхода к обучению, в частности положений теории поэтапного формирования умственных действий, разработанной психологами П.Я.Гальпериным и Н.Ф.Талызиной [1, 6]. Согласно этой теории, учение представляет собой систему определенных и последовательных видов действий, выполнение которых в виде некоторых этапов приводит обучаемого к новым знаниям и умениям. Для полноценного формирования знаний рекомендуется следующая последовательность этапов: создание мотивации (I этап); разъяснение или выделение ориентировочной основы действия (II этап); формирование действия в материальной или материализированной форме (III этап); формирование действия как внешнеречевого (в форме громкой речи или в письменном виде)( IV этап); формирование действия во внешней речи про себя (V этап); переход внутренней речи в мысль (VI этап).

Пятый и шестой этапы связаны с процессами, скрытыми от преподавателя, поскольку действие сопровождается не громкой речью, а как бы проговаривается «про себя», сокращаясь и автоматизируясь. Будучи свойственными мышлению, они в принципе должны осуществляться в ходе самостоятельной внеаудиторной работы студентов. В связи с этим в работе [4] показывается, что формирование нового знания должно быть проведено через следующие организационные формы: лекции (1 и 2 этапы), лабораторные занятия (3 этап), семинарские занятия (4 этап) и самостоятельная работа (5 и 6 этапы).

Авторы [7, с.74-77] предлагают приложить вышеназванную теорию на примере темы «Подгруппа азота» при изучении химии элементов в 9 классе.

На экологизированное изучение в средней школе элементов подгруппы азота выделяется 12 часов. Сюда же входит лекционная часть материала темы, где приводится мотивация и знакомство учащихся с познавательной деятельностью по изучаемой теме.

Содержание экологизированной части учебного материала может включать в себя следующее:

1. Состав, строение и стабильность атомных ядер элементов подгруппы азота. Распространенность элементов подгруппы азота в природе. Строение электронных оболочек, энергетические уровни в атомах. Валентности, проявляемые азотом и фосфором. Сравнительная характеристика физических и химических свойств азота и фосфора. Азот и фосфор – важнейшие для жизни элементы на Земле. Природные соединения азота и фосфора.
2. Азот в атмосфере. Молекула азота и тип связи между атомами. Возможность усвоения азота биологическими объектами.
3. Оксиды азота. Источники загрязнения воздуха оксидами азота. Термодинамические и кинетические аспекты поведения оксидов азота в атмосфере. Кислотные дожди, их последствия. Оксиды азота в организме человека.
4. Азотная кислота как сильная кислота и сильный окислитель. Экологическая опасность азотной кислоты. Азотистая кислота – слабый электролит. Гидролиз нитрит-иона. Окислительно-восстановительные свойства азотистой кислоты. Нитраты и нитриты в продуктах питания – опасные для человека вещества. Азотные удобрения.
5. Термодинамические и кинетические проблемы синтеза аммиака и азотной кислоты. Опасность выброса аммиака в атмосферу. Аммиак как удобрение.
6. Гидрат аммиака и гидроксид аммония. Образование иона аммония в водном растворе аммиака. Гидроксид аммония как слабое основание. Гидролиз иона аммония. Соли аммония, состав, свойства. Качественная реакция на ион аммония.
7. Фосфор в виде простого вещества. Свойства оксидов фосфора. Фосфорные кислоты и их соли. Строение и свойства фосфорных кислот. Гидролиз фосфат-иона.
8. Фосфорные удобрения. Растворение фосфатов в воде и почвенных жидкостях. Принципы отбора фосфорных и азотных удобрений в зависимости от типа почвы. Опасности передозировки фосфорных и азотных удобрений при их внесении в почву. Фосфаты в стиральных порошках.
9. Сравнительная характеристика соединений мышьяка, сурьмы и висмута (строение молекул и соединений, термодинамические и кинетические свойства). Значение соединений для живых организмов.

Для выполнения лабораторных работ (2-4 часа) можно использовать следующие темы:

1. Изучение окислительно-восстановительных свойств азотной и азотистой кислот.

2. Получение аммиака и изучение его физических и химических свойств.

Кроме того, выделяется определенное число часов (2-4 часа) на семинарское занятие. Семинарские занятия нацелены на формирование у учащихся грамотной речи, умении вести беседу, дискутировать.

Примерные вопросы для обсуждения на семинарских занятиях могут быть следующие:

1. Круговорот азота и фосфора в природе.

2. Синтез аммиака – термодинамическое, кинетическое и структурное рассмотрение.

3. Синтез азотной кислоты – термодинамическое, кинетическое и структурное рассмотрение.

4. Значение соединений азота и фосфора для природы и их экологическая опасность.

Таким образом, все вышесказанное направлено на формирование, прежде всего, экологических знаний при изучении подгруппы азота учащимися 9 класса средней школы. Использование системного подхода к обучению позволяет сделать вывод не только о доступности данной методики обучения, но и о более высокой ее эффективности по сравнению с общепринятой.