Особенности обучения химии в классах социально

1
С.В. Каширина
Особенности обучения химии в классах социальноэкономического и социально-гуманитарного профилей.
Предметная область «Химия» была и остается одной из базовых
областей основного общего и среднего (полного) общего образования. Ее
роль в системе школьного образования обусловлена значением
соответствующей науки в познании природы и развитии производительных
сил общества. Основной целью общего среднего образования является
усвоение некоторого минимального объема химических знаний,
формирование в сознании школьников «химической картины мира», что
обеспечивает выработку реалистического взгляда на вещественный мир,
научное мировоззрение, культуру мышления и поведения. Школа обязана
дать выпускнику твердое владение минимумом химических знаний,
необходимых для повседневной жизни и деятельности во всех областях
народного хозяйства, культуры, науки, в том числе не связанных с химией
непосредственно. Химия является одной из областей естествознания. Она
изучает процессы превращения, состав, строение, свойства и практическое
использование веществ. Без химических знаний невозможно представить
научную картину мира, так как окружающий мир – это прежде всего мир
веществ, превращения которых составляют основу многих природных
явлений.
Разнообразные химические процессы лежат в основе многочисленных
производств. Продукты химии используются во всех отраслях
промышленного и сельскохозяйственного производства, техники, находят
широкое применение в быту. Из сказанного следует, что химия, как и другие
естественные науки, не только изучает природу, но и вооружает человека
знаниями для практической деятельности. Поэтому химию должны изучать
все без исключения учащиеся.
Концепция школьного химического образования основывается на
ведущих принципах государственной политики в области образования:
дифференциации, демократизации, гуманизации образования, свободного
развития личности.
Реализация принципов дифференциации и демократизации в школьном
химическом образовании предполагает возможность выбора учащимися
профиля обучения, а вместе с ним и уровня теоретической и практической
подготовки по химии. Дифференциация содержания, организационных форм,
методов обучения в зависимости от познавательных потребностей, интересов
и способностей учащихся
важна на всех этапах школы, но особенно
актуальна она на старшей ступени школьного образования. Именно поэтому
сейчас и ставится задача введения в старших классах профильного обучения,
ориентированного на удовлетворение познавательных запросов, интересов,
развитие способностей и склонностей каждого школьника.
2
Профильное обучение – средство дифференциации обучения, когда за
счет целенаправленных изменений в структуре, содержании и организации
образовательного процесса создаются условия для эффективной реализации
индивидуализации обучения,
более полно
учитываются интересы,
склонности и способности учащихся, открываются принципиально новые
возможности для образования старшеклассников в соответствии с их
профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения
образования и выбора жизненного пути.
Одним из основных нормативных документов является Базисный
учебный план (БУП) общеобразовательных учреждений Российской
Федерации. БУП как нормативный документ фиксирует федеральный
уровень содержания школьного образования, обязательный для всех видов
общеобразовательных учреждений одной и той же ступени, и одновременно
закрепляет возможности школы в реализации собственной образовательной
программы.
Базисный учебный план старшей ступени школы должен предоставлять
возможность построения комбинаций различных учебных курсов, которые в
целом и обеспечат гибкую систему профильного обучения. Эта система
включает в себя курсы следующих типов: базовые общеобразовательные,
профильные общеобразовательные, элективные курсы.
Профильные общеобразовательные курсы – курсы повышенного
уровня,
определяющие направленность, специализацию каждого
конкретного профиля обучения. В социально-экономическом профиле
профильными учебными предметами являются – экономика, право,
обществознание, география, история. В социально-гуманитарном профиле –
это русский язык, литература, история, обществознание (с выделением в
самостоятельные предметы экономики и права) и мировая художественная
культура. Профильные курсы и по объему, и по глубине изучения материала
занимают как бы промежуточное место между базовыми и углубленными
курсами. Если углубленные курсы предназначены для школьников, имеющих
повышенные способности к какой-либо области научного знания, то
профильные курсы – это курсы для обычных школьников, проявляющих
интерес к данному учебному предмету и намерения работать в будущем в
этой области профессиональной деятельности человека.
Задачи профильных курсов во многом определяются основным мотивом
учащихся, поступающих в профильную школу, - подготовка к поступлению в
вуз, получение высшего профессионального образования. По данным
социологических опросов 95-96% школьников именно в этом видят смысл
обучения в 10-11 классах. На это нельзя «закрывать глаза» – ведь, если
профильное обучение в школе вводится ради удовлетворения интересов и
потребностей учащихся, то и содержание обучения в ней надо строить,
исходя из этих интересов.
Базовые общеобразовательные курсы – курсы обязательные для
изучения школьниками во всех профилях обучения. Их основное назначение
в том, чтобы продолжить общеобразовательную, общекультурную
3
составляющие
школьного
образования.
Состав
базовых
общеобразовательных курсов, обеспечивающих минимальный уровень
общего образования для каждого старшеклассника, должен отражать
общепризнанные взгляды на цели, задачи, функции общего образования.
Средняя (полная) школа, где в наибольшей мере реализуется идея
дифференциации школьного образования (10 – 11 классы), предоставляет
учащимся право выбора направления общеобразовательной подготовки по
химии. В зависимости от профиля школы изучение химии на этой ступени
может строится по-разному. В одном случае химическое содержание может
быть представлено в составе интегрированного курса, в других – изучение
химии может быть продолжено в качестве самостоятельных систематических
курсов различного теоретического уровня. Тем самым выбор направления
обучения обуславливает для учащихся и соответствующий уровень
образовательной подготовки по химии.
Так, химическое образование в школах (или классах) гуманитарного
профиля
может
быть
реализовано
следующим
образом.
Общеобразовательный курс химии для гуманитарных школ (5 – 11 классы)
должен обеспечить освоение всеми учащимися необходимого минимума
химических знаний в таком объеме, чтобы выпускник 11-го класса был в
состоянии ориентироваться в общественно значимых проблемах, связанных с
химией, и понимать химическую сущность ряда важнейших технологических
процессов.
Содержание этого курса химии составляют наиболее общие понятия
химии, учение об атомах и молекулах, ионах (с элементарными
представлениями об электронном строении атомов для объяснения понятий
иона, валентности элементов), периодический закон химических элементов
Д.И. Менделеева. На основе закономерностей, отраженных в периодической
системе, учащиеся знакомятся со свойствами важнейших представителей
металлов и неметаллов, химических соединений, их практическим значением,
дают краткую характеристику строения и особенностей органических
соединений. Учащиеся получают представления об общих принципах
химического производства, особенностях химических реакций, лежащих в
основе тех или иных производств, знакомятся с применением отдельных
веществ и химических реакций в соответствующих отраслях
промышленности.
Курс химии для школ гуманитарного профиля должен быть в
значительной мере культурологическим, раскрывающим роль химии как
элемента культуры в жизни людей.
Для профильных классов (школ) гуманитарной специализации:
социально-экономического
и
социально-гуманитарного
профиля
предлагается ввести интегрированный курс «Естествознание», в котором
интегрируются знания по физике, химии, биологии, астрономии, экологии. В
этом курсе необходимая степень интеграции основана, прежде всего, на
универсальности метода научного познания, присущего всем естественным
наукам. Важно отметить, что химия в школах гуманитарного профиля (10 –
4
11 классы) может рассматриваться как элективный (по выбору) учебный
предмет лишь при условии, что в них преподают интегрированный курс
«Естествознание», включающий необходимые элементы химических знаний.
На старшей ступени школы приоритетной задачей становится
социальное, гражданское и профессиональное самоопределение молодежи и
подготовка выпускников школы к продолжению образования в учреждениях
профессионального образования. Молодые люди гораздо лучше осваивают
содержание образование, если оно преподнесено «… в форме, имеющей
прямое отношение к их личному опыту, … их собственным нуждам, к их
познавательным и профессиональным интересам» (А.М. Новиков Российское
образование в новой эпохе). Поэтому подходы к построению содержания
образования на старшей ступени школы должны быть дифференцированы.
Для профильных курсов должна быть сохранена предметная структура, для
базовых – может рассматриваться целесообразность построения
интегрированных курсов.
Как показывает исследование, проведенное нами в профильных
классах (социально-экономического и социально-гуманитарного профиля)
учащиеся не заинтересованы в изучении химии, так как эта дисциплина не
лежит в области их интересов. Но из вышеизложенного видно, что учебная
дисциплина «Химия» входит в состав базисного учебного компонента и
является обязательной для изучения во всех образовательных учреждениях
различных профилей и необходимость обеспечения учащимся минимума
химических знаний в соответствии требованиями государственного
образовательного стандарта. Таким образом, с одной стороны мы имеем
профессионально ориентированные интересы или склонности учащихся к
изучению экономики и права, а с другой необходимость обеспечить
учащимся минимальный уровень знаний в соответствии с требованиями
государственного
образовательного
стандарта.
Это
противоречие
необходимо решать через интеграцию знаний профильных предметов (в
данном случае экономики) и базового курса «химии» (который изучается
либо в составе интегрированного курса «Естествознание», либо как
самостоятельный предмет). Т.е. мы должны привлекать (использовать)
познавательные или профессиональные интересы учащихся для изучения
Химии, в качестве мотивационного фактора. Можно использовать
следующие дидактико-методические средства:
1. Введение экономических понятий в курс химии. Содержание
экономических понятий раскрывается на химическом материале.
2. Решение химических задач, вопросов с межпредметным (технологоэкономическим) содержанием, при изучении тем связанных с химическим
производством.
3. Моделирование деловых ситуативных игр. В процессе обучения в
форме игровых ситуаций на практике моделируется экономическая
деятельность (деловые игры, ролевые игры и т.д.), что существенно
повышает интерес к предмету, возрастает мотивация.
5
Перечисленные дидактико-методические средства проиллюстрируем на
конкретных примерах. 1. Для того чтобы выделить ряд экономических
понятий, которые возможно включать в курс химии при изучении той или
иной темы, были проанализированы учебные программы и учебники по
химии и экономике. В результате анализа были выявлены следующие
экономические понятия: экономическая эффективность, себестоимость,
экономия сырья, которые можно расширить при изучении тем «Предельные
углеводороды», «Спирты»; сырье, комплексное использование сырья,
оптимальные условия производства, продукция – эти экономические понятия
наполнить химическим содержанием можно при изучении любой темы,
связанной с химическим производством. Рассмотрим формирование
интегрированного понятия «себестоимость» в курсе химии рассмотрим на
примере темы “Получение поливинилхлорида (ПВХ)”. В химической
промышленности в большинстве случаев себестоимость продукции
определяет сырьевой фактор. Прежде всего, учащиеся дают определение
понятию «сырье». “Сырьё – природные материалы (природные ресурсы),
используемые в промышленности для получения различных продуктов и не
прошедшие промышленной переработки”. При формировании понятия
“сырье” учащиеся раскрывают следующие понятия, отраженные в таблице 1
(на примере конкретной темы).
Таблица 1.
Химическая и экономическая составляющая понятия «сырье»
Сырье
Химическая составляющая
Экономическая составляющая
- Исходное сырье: классификация
Методы
переработки
(как
перерабатывают);
- Степень превращения сырья (выход
продукта) + стоимость;
- Комплексное использование сырья.
- Источники поступления (местное,
привозное);
- Доступность сырья (дорогое,
дешевое;
возобновляемое,
невозобновляемое; первичное или
вторичное)
- Экономические затраты на
доставку и обработку сырья.
Основной критерий выбора сырья – его экономическая эффективность.
Исходным сырьем для получения поливинилхлорида служит
винилхлорид, который можно получить: а) из этилена и б) ацетилена.
Учащиеся оценивают экономическую эффективность сырья (этилена и
ацетилена) для получения винилхлорида.
Этилен: Источником для получения этилена для промышленных нужд
являются газы, образующиеся при переработке (крекинге) нефти, в которых
он содержится в значительных количествах (27%).
При содержании в природном газе более 3 % из него экономически
целесообразно получать этилен путем дегидрирования.
Ацетилен: Получают следующими способами:
6
Сырье
1. Прямой синтез веществ (в электрической дуге, при t = 1000ºС). В
настоящее время этот метод не применяется из-за высоких затрат.
2. Карбидный способ:
Сначала получают карбид кальция в электрических печах при очень
высоких температурах = 1400ºС. Это установки, рабочие места, отходы в
виде гидроксида кальция.
3. Действие высоких температур на метан (t = 1400ºС), метан из
природного газа. Себестоимость ацетилена, полученного из природного газа,
почти в 2 раза ниже, чем себестоимость ацетилена из карбида кальция.
Таким образом, экономически более выгодно получать винилхлорид из
ацетилена, полученного из природного газа путем действия высоких
температур на метан. В таблице 2 представлены способы получения
винилхлорида (сырья для ПВХ) из этилена и ацетилена.
Таблица 2.
Получение винилхлорида из этилена и ацетилена
Получение из этилена
Получение из ацетилена
1.
Этилен
1. Ацетилен
2.
Хлор
2. Хлороводород
3.
Катализатор
(пемза
или 3. Катализатор HgCl2 и KCl
активированный уголь) с SnO2 и
(t = 128 - 180 C)
FeCl2
Стадии процесса
7
Двухстадийный
процесс
Этот процесс одностадийный:
получения винилхлорида.
1стадия. Получение дихлорэтана
CHCH + HCl  CH2=CHCl
CH2=CH2 + Cl2  CH2ClCH2Cl
Реакция
протекает
в
2стадия. Дегидрогалогенирование присутствии катализатора HgCl2 и
до винилхлорида:
KCl при t = 128 - 180 C.
- HCl
Получаемый по этому методу
СH2CH2  CH2=CH + HCl
винилхлорид отличается высокой



степенью чистоты (99,0 – 99,9 %).
Cl Cl
Cl
Условия 2 стадии: катализатор
– пемза или активированный уголь
пропитанный SnO2 и FeCl2.
Выделяющийся хлороводород
снова
используют
для
хлорирования
этилена,
предварительно
окисляя
хлороводород кислородом:
4HCl + O2 = 2Cl2 + 2H2O
Поэтому
дополнительных
количеств
Сl2
для
синтеза
мономера
практически
не
требуется. Использование отходов
производства в данном процессе
позволяет
снизить
стоимость
получаемых продуктов.
Вывод: получение поливинилхлорида будет экономически более
эффективно, если сырье для полимера (винилхлорид) получать, исходя из
ацетилена, полученного из природного газа: действием высоких температур
на метан.
2. Под задачами с межпредметным содержанием мы понимаем задачи,
вопросы, при решении которых учащиеся привлекают знания из химии и
экономики. Примеры задач с межпредметным (технолого-экономическим)
содержанием можно рассмотреть при изучении любой темы курса
органической химии, связанной с химическим производством. Например,
учащиеся «гуманитарного» профиля с большим интересом занимаются
поиском ответов на следующее задание:
Объясните слова Д.И. Менделеева: “Нефть не топливо – топить
можно и ассигнациями (деньгами)”. “Нефть – продукт природы редкий, ей
8
должно дать совершенно иное применение, чем для топлива”. В связи с чем
Д.И. Менделеев высказал эти мысли?
Также находят ответы и на следующие задачи и вопросы
межпредметного содержания: 1. Перечислите природные источники
углеводородов. Какое значение и применение находят в современном
экономическом производстве попутные и природные нефтяные газы?
2. Получите ацетальдегид тремя различными способами. Сравните
экономическую эффективность, указанных способов, исходя из стоимости
сырья.
3. На какие основные стадии разделяется производственный процесс
получения уксусной кислоты из карбида кальция? Какие аппараты для этого
существуют? В каких из них осуществляются: а) каталитические
процессы; б) окислительные процессы; в) гидратация; г) принцип
противотока; д) принцип прямотока; е) циркуляционные процессы.
4. Что понимают под безотходной технологической системой?
Перечислите основные направления, в которых развивается безотходное
производство.
5. Переход к безотходным технологиям переработки нефти
осуществляется двумя основными путями:
а) увеличение полноты использования сырья (при внедрении
комбинированных технологических установок больших единичных
мощностей);
б) замена водяного охлаждения на нефтеперерабатывающих заводах на
воздушное. Приведите примеры, раскройте пути перехода к безотходным
технологиям.
6. Предложите оптимальную (безотходную) схему синтеза
винилхлорида, исходя из этилена.
3. Следующее дидактико-методическое средство - моделирование
деловых ситуативных игр. Разработана деловая игра «Целлюлозно-бумажное
производство в Нижегородской области», которая может быть проведена как
с целью усвоения химических, экономических и интегрированных понятий.
В ходе этой игры смоделирована ситуация «совещания при директоре».
Решается вопрос разработки оптимальных условий производства бумаги и
сбыта продукции на комбинате. Выступают с докладами и принимают
участие в обсуждении производственных вопросов: «Отдел снабжения»,
«Технический отдел», «Лаборатория», «Экономический отдел», директор,
эколог.
Вопрос: За счет чего будет достигаться снижение себестоимости
выпускаемой бумаги?
Экономист: Основные факторы, за счет которых удается снизить
себестоимость выпускаемой продукции, следующие:
1) Сырьевой фактор: лес поступает из ближайших к нашей области
лесных массивов. В основном сырье поставляется самым дешевым видом
транспорта - железнодорожным.
9
2) Снижение процентного содержания целлюлозы в композиции бумаги,
что позволяет значительно снизить себестоимость выпускаемой газетной
бумаги, от которой особой прочности не требуется, а печатные свойства
получаются хорошие.
3) Для сокращения потерь волокна со сточными водами, устанавливают
специальные ловушки, через которые пропускают все отходящие воды.
Также в ходе игры решаются экологические вопросы: Главный инженер:
Для целлюлозно-бумажного производства особенно актуален вопрос охраны
окружающей среды. Работа нашего предприятия связана с большими
затратами воды и электроэнергии. На каждой стадии производства возможно
загрязнение окружающей среды. Каков объем выбросов предприятия и как
обеспечивается очистка сточных вод и отходящих газов с предприятия?
Эколог: Для изготовления 1 т газетной бумаги необходимо 150 м 3 воды.
В среднем в сутки на предприятии производится 1500 т. газетной бумаги. В
целях предотвращения сброса загрязненных вод в водоемы и экономии воды
необходимо создавать замкнутые водооборотные системы.
Деловые игры вырабатывают у учащихся
навыки совместной
деятельности, правила поведения в ходе дискуссии.