[ НГПУ >> ЕГФ >> Кафедра неорганической химии >> Элективные курсы]
Элективный курс «Химия и экология»
Н.В.Горбенко, ГОУ ДПО «Нижегородский институт образования»
Пояснительная записка
Охрана окружающей среды от загрязнения и разрушения, сбережение генетического разнообразия биосферы, сохранение здоровья человека стали глобальными проблемами, которые требуют неотложного решения. Сегодня стало очевидно, что изменить ситуацию можно лишь перестроив отношение человека к природе: ответственное и бережное отношение должно прийти на смену потребительскому. На перестройку этого отношения и нацелено экологическое образование, на основе которого и построена программа данного элективного курса.
Электив предназначен для учащихся 11классов и рассчитан на 34 часа. Программой предусмотрено изучение теоретических вопросов, проведение практических занятий, экскурсий, семинаров, конференций.
Этот курс нацелен на поддержку изучения химии на базовом уровне. В нем реализуются межпредметные связи химии, экологии и биологии. Он позволяет учащимся осуществить интеграцию имеющихся представлений в целостную картину миру.
Знания и практические умения, приобретенные учащимися в процессе изучения данного электива, могут впоследствии использоваться в разных сферах деятельности, способствовать развитию интереса к научной работе, поступлению в ВУЗы на факультеты экологического профиля, а главное, сыграют немаловажную роль в деле формирования экологической культуры старших школьников, столь необходимой в современном мире.
Все это способствует формированию личности, максимально адаптивной к требованиям социума.
Основные задачи курса
· расширить и углубить знания учащихся о формах существования химического элемента
· сформировать представления о веществах-загрязнителях и их влиянии на окружающую среду и организм человека
· раскрыть причины и основные источники загрязнения окружающей среды
· познакомить учащихся с глобальными экологическими проблемами, связанными с химическими процессами, и путями их решения
· способствовать овладению умениями наблюдать химические явления , проводить химический эксперимент
· развивать познавательные интересы и интеллектуальные способности в процессе проведения химического эксперимента, самостоятельность приобретения знаний в соответствии с возникающими жизненными потребностями
· расширить формирование умений учащихся анализировать ситуацию и делать прогнозы
· развивать учебно-коммуникативные умения
· совершенствовать умения работы с литературой и средствами мультимедиа.
Изучение данного элективного курса направлено на развитие у учащихся интереса к химико-экологическим знаниям и формирование диалектического понимания единой картины мира. Оно нацелено на развитие познавательной активности и самостоятельности, установку на продолжение образования.
Требования к уровню подготовки выпускников
Требования к усвоению теоретического учебного материала
Учащиеся должны знать:
· основные виды загрязнений окружающей среды
· классификацию химических элементов и их круговороты в биосфере
· основные экологические проблемы атмосферы, гидросферы, литосферы;
иметь представление:
· о веществах-загрязнителях и последствиях их действия на биосферу и живые организмы
· об основных видах мониторинга загрязнений окружающей среды.
На основе полученных теоретических знаний
· уметь устанавливать причинно-следственные связи между хозяйственной деятельностью человека и последствиями, которые она за собой влечёт
· прогнозировать и выдвигать гипотезы путей выхода из сложившихся экологических ситуаций.
Требования к выполнению химического эксперимента
· уметь грамотно проводить химические эксперименты экологической направленности
· наблюдать, анализировать и обобщать полученные данные
· знать правила техники безопасности при работе в химической лаборатории.
Требования к решению расчетных задач
· грамотно проанализировав текст задачи, предложить различные варианты её решения
· уметь решать расчётные задачи химико-экологического содержания различных типов и уровней сложности.
Содержание учебной программы
Тема 1. Введение. Виды загрязнений. Физические, химические, биологические и механические загрязнения. Понятие о веществах-загрязнителях окружающей среды. Хемосфера. Классификация веществ по влиянию на организм человека. Трансформации веществ-загрязнителей в экосистемах. Классификация загрязнений по пространственному распределению и по источникам возникновения. Токсичность. Стандарты качества окружающей среды.
Тема 2 . Химические элементы в биосфере. Классификация химических элементов. Биогенные и второстепенные химические элементы. Макро- и микроэлементы. Источники, функции и признаки недостаточности в организме человека некоторых элементов. Биогеохимические циклы. Циклы газообразных веществ. Осадочные циклы. Круговорот азота в биосфере. Роль микроорганизмов в круговороте данного элемента. Сидерация. Круговорот углерода в биосфере. Круговорот кислорода.
Практические работы.
1. Качественное обнаружение катионов тяжелых металлов в воде.
Тема 3. Экологические проблемы атмосферы.
Строение и состав атмосферы. Парниковый эффект как многофакторное явление. Дж.Тиндаль. Парниковые газы. Второстепенные компоненты атмосферы (углекислый газ, метан, оксиды азота, тропосферный озон, хлорфторуглероды), их характеристики и источники. Последствия парникового эффекта. Роль мирового сообщества в решении экологических проблем атмосферы.
«Озонный щит» и «озонная дыра». Свойства озона. Цикл озона. Стратосферный и тропосферный озон. Источники истончения «озонного щита», роль фторхлоруглеродов в этом процессе. Пути решения экологических проблем, связанных с сохранением «озонного щита».
Вещества – загрязнители тропосферы. Оксиды серы и азота. Естественные и антропогенные источники этих оксидов. Кислотные дожди. Химизм процессов. Влияние кислотных дождей на биосферу. Фотохимический смог. Роль оксидов азота, озона, угарного газа, углеводородов и альдегидов в образовании фотохимического смога.
Практические работы.
1. Изучение кислотности осадков. (Анализ динамики изменения кислотности осадков в течение года при помощи бумажных индикаторов или рН-метра).
2. Исследование воздуха на содержание твердых примесей. ( Оценка качества воздуха на присутствие твердых частиц визуально и при помощи микроскопа.)
Ролевая игра «Международный конгресс по охране атмосферы»
Тема 4. Экологические проблемы гидросферы. Химический состав воды мирового океана. Гидрологический цикл. Чистая и загрязненная вода. Дейтериевая вода и ее влияние на биологический объект. Сточные воды. Первичная, вторичная и третичная обработка сточных вод. Химические способы удаления загрязнений (сорбция, нейтрализация, коагуляция, стерилизация, экстракция, электрохимические способы).
Синтетические поверхностно-активные вещества как загрязнители гидросферы.
Источники диоксинового загрязнения воды.
Практические работы.
1. Определение содержания ионов водорода в воде: рН-фактор воды. (Исследование различных проб воды при помощи бумажных индикаторов или рН-метра).
2. Определение общей жесткости воды. (Применение мыльного раствора для определения жесткости воды из различных источников.)
3. Определение аммиака и ионов аммония в воде.
Экскурсия на очистные сооружения.
Тема 5. Экологические проблемы литосферы.
Пестициды: инсектициды, гербициды, фунгициды, родентициды, нематоциды, аскарициды. Классификация пестицидов по химическому составу. Комплексная система защиты растений как альтернатива пестицидам.
Удобрения органические и неорганические. Нитраты и нитриты. Их влияние на организм человека.
Практические работы.
1. Определение относительного количества почвенных нитратов. (Данный метод используется для обнаружения нитрат-ионов в листьях капусты, моркови, картофеля или какого-либо дикорастущего растения при помощи раствора дифениламина в серной кислоте.)
2. Определение тяжелых металлов в почве. (Обнаружение ионов меди и свинца при помощи качественных реакций.)
Тема 5. Экологический мониторинг. Задачи экологического мониторинга. Химические и биологические методы анализа. Биоиндикация. Фитоиндикация. Химические методы контроля.
Практические работы.
1. Оценка загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны. (Исследование хвоинок сосны предыдущего года, взятых в разных местах, по их усыханию и образованию некрозов.)
Итоговая конференция.
Методы и формы обучения
Формы проведения занятий: лекция, семинар, конференция, практическая работа, экскурсия, ролевая игра.
Формы организации работы учащихся: индивидуальная, фронтальная, групповая, парная.
Методы обучения: репродуктивный, реконструктивный, частично-поисковый, творческий.
Формы контроля и критерии оценки
В данном курсе промежуточный контроль достижений является инструментом положительной мотивации и своевременной коррекции работы учащихся и учителя.
В качестве форм промежуточного контроля рекомендуется использовать рефераты, тестовые задания, расчетные задачи с экологическим содержанием, а также наблюдение активности учащихся на занятии, анализ творческих и исследовательских работ, экспертные оценки педагогов по другим предметам, беседы с учащимися и их родителями.
Целесообразно проводить итоговую аттестацию по результатам изучения курса в виде итоговой конференции.
В конце курса выставляется оценка по балльной шкале.
Учебно-тематический план
Тема 1. Введение 2 часа.
1. 1. Классификация загрязнений. Химические загрязнения.
2. 2. Хемосфера. Стандарты качества окружающей среды.
Тема 2.Химические элементы в биосфере 4 часа. (Задачи)
3. 1. Биогенные химические элементы.
4. 2. Биогеохимические циклы. Круговорот азота.
5. 3. Круговорот углерода и кислорода.
6. 4.Практическая работа. «Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов в воде».
Тема 3. Экологические проблемы атмосферы. 9 часов. (задачи)
7. 1. Строение и состав атмосферы.
8. 2. Парниковый эффект как многофакторное явление.
9. 3. «Озонный щит» и «озонная дыра».
10. 4. Свойства озона. Стратосферный и тропосферный озон.
11. 5. Оксиды серы и азота, их источники в атмосфере. Кислотные дожди.
12. 6. Практическая работа. «Изучение кислотности осадков».
13. 7. Фотохимический смог.
14. 8.Практическая работа. «Исследование воздуха на содержание твёрдых примесей».
15. 9. Ролевая игра «Международный конгресс по охране атмосферы».
Тема 4. Экологические проблемы гидросферы. 9 часов. (задачи)
16. 1. Химический состав воды Мирового океана. Гидрологический цикл.
17. 2. Практическая работа. «Определение содержания ионов водорода в воде: pH-фактор воды».
18. 3.Чистая и загрязнённая вода. Очистка сточных вод. (День воды. doc).
19. 4. Практическая работа. «Определение аммиака и ионов аммония в воде».
20. 5. Химические способы удаления загрязнений.
21. 6. Практическая работа. «Определение карбонатной жёсткости воды».
22. 7.Синтетические поверхностно - активные вещества как загрязнители гидросферы.
23. 8. Источники диоксинового загрязнения воды.
24. 9. Экскурсия на очистные сооружения.
Тема 5. Экологические проблемы литосферы. 6 часов. (задачи)
25. 1. Классификация пестицидов.
26. 2. Комплексная система защиты растений как альтернатива пестицидам.
27. 3. Практическая работа. «Определение тяжёлых металлов в почве».
28. 4. Классификация удобрений.
29. 5. Нитраты и нитриты, их влияние на организм человека.
30. 6. Практическая работа. «Определение относительного количества почвенных нитратов».
Тема 6. Экологический мониторинг. 4 часа.
31. 1. Задачи экологического мониторинга.
32. 2. Биоиндикация. Химические методы контроля.
33. 3. Практическая работа. «Оценка загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны».
34. 4. Итоговая конференция. Итоговое тестирование.
Основное содержание курса представлено в книге Шустова С.Б., Шустовой Л.В. «Химия и экология». Н.Новгород: Нижегородский гуманитарный центр, 1995.
Практические работы и методика их проведения описаны в книге Мансуровой С.Е., Кокуевой Г.Н. «Школьный практикум. Следим за окружающей средой нашего города – 9-11 класс». М.: ВЛАДОС, 2001.
Практические работы
Практическая работа «Изучение кислотности осадков». (Анализ динамики изменения кислотности осадков в течение года при помощи бумажных индикаторов или рН-метра).
Оборудование и реактивы:
· Стеклянный стакан
· Универсальная индикаторная бумага или рН- метр
· Шкала значения рН
Ход работы
1) Оставьте стакан или банку под открытым небом во время дождя
2) Определите реакцию среды дождевой воды
3) Проделайте аналогичные исследования в течение учебного года. Проанализируйте динамику изменения кислотности осадков.
Практическая работа. «Исследование воздуха на содержание твердых примесей». ( Оценка качества воздуха на присутствие твердых частиц визуально и при помощи микроскопа.)
Ход работы
1) Вырежьте из плотной бумаги прямоугольник размером 10×6 см, а в его центре- прямоугольник размером 3×2 см. Заклейте прямоугольник липкой лентой.
2) Вывесите полученные образцы в 4-х разных местах: на дереве во дворе школы, у окна, выходящего на шоссе, в школьном кабинете во время его уборки, в спортивном зале и т.д.
3) Через 4 часа соберите образцы и оцените качество воздуха вначале визуально, затем под микроскопом. Заполните таблицу.
|
Размер частиц |
В кабинете |
В спортзале |
На улице |
В парке |
|
Более 1мм |
|
|
|
|
|
Менее 1мм |
|
|
|
|
|
Общее число частиц |
|
|
|
|
Практическая работа. «Определение содержания ионов водорода в воде: рН-фактор воды». (Исследование различных проб воды при помощи бумажных индикаторов или рН-метра).
Оборудование и реактивы:
· Пробы воды
· Универсальная индикаторная бумага
· Цветная шкала рН
· рН- метр
Ход работы
1) отберите пробу воды с участка водоема, максимально отдаленного от берега.
2) Определите значение рН немедленно после взятия пробы.
3) Сделайте выводы на основании полученных данных.
Практическая работа. «Определение общей жесткости воды». (Применение мыльного раствора для определения жесткости воды из различных источников.)
Оборудование и реактивы:
· Штатив с держателем
· Шпатель
· Бюретка
· 3 конических колбы на 100 мл
· стакан 100 мл
· мерный цилиндр 10мл
· фильтровальная бумага
· фильтровальная воронка
· раствор мыла, 10г на л в смеси воды и этанола
· дистиллированная вода
· исследуемая вода
· известковая вода
· сульфат кальция
Ход работы
1) мерным цилиндром налейте 10 мл водопроводной воды в коническую колбу.
2) Наполните бюретку мыльным раствором. Добавьте 1 мл мыльного раствора в колбу. Встряхните колбу. Продолжайте добавлять мыльный раствор по каплям, встряхивая содержимое, пока не образуется устойчивая пена высотой 1см. Она должна держаться 30 и более секунд.
3) Запишите объем мыльного раствора, необходимого для образования устойчивой пены с 10 мл водопроводной воды.
4) Промойте колбу и повторите действия 1- 3 с другими образцами воды: дистиллированной, известковой, из исследуемого водоема и очень жесткой водой, приготовленной фильтрованием насыщенного раствора сульфата кальция.
5) Для сравнительной оценки следует проделать аналогичные эксперименты с водой различной жесткости, а также с эталонными растворами веществ, обуславливающих жесткость воды.
Результаты занесите в таблицу.
|
Пробы воды, растворы |
Количество капель мыльного раствора до появления пены |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Практическая работа. «Определение относительного количества почвенных нитратов». (Данный метод используется для обнаружения нитрат-ионов в листьях капусты, моркови, картофеля или какого-либо дикорастущего растения при помощи раствора дифениламина в серной кислоте.)
Оборудование и реактивы:
· Раствор дифениламина в серной кислоте (0,1г дифениламина растворяют в 10 мл концентрированной серной кислоты и хранят в темной склянке)
· Пипетки
· Ступка с пестиком
· Предметное стекло
· Стеклянная палочка
· Растительный объект
Ход работы
1) Разотрите растительную ткань в ступке.
2) Отфильтруйте сок и его каплю нанесите на предметное стекло, добавьте несколько капель дифениламина. О содержании нитратов судят по изменению окраски: в присутствии нитрат- иона дифениламин дает синее окрашивание. Количество нитратов оценивают так: при отсутствии нитратов окраска не меняется; при небольшом их количестве- цвет светло- голубой; в случае высокой концентрации нитратов окраска становится темно- синей.
Практическая работа. «Определение тяжелых металлов в почве». (Обнаружение ионов меди и свинца при помощи качественных реакций.)
Оборудование и реактивы:
· Сушильный шкаф
· Фарфоровая ступка с пестиком
· Сито
· Стеклянный стакан на 200 мл
· термометр
· штатив с пробирками
· лист пергамента или кальки
· растворы: аммиака, азотной и соляной кислот, йодида калия, хромата калия, желтой кровяной соли
· образцы почв, взятых: а) в непосредственной близости от автомобильной дороги; б) в черте города; г) в парке и др.
Ход работы
1) Высушите почву в сушильном шкафу при 30- 400С, поместив ее тонким слоем на кальку
2) Высушенную почву измельчите в ступке и просейте через сито.
3) Полученный образец почвы поместите в стакан, и добавьте смесь соляной и азотной кислот в количестве, превышающем количество почвы в 3- 4 раза по объему. После тщательного перемешивания в течение 10- 15 минут и отстаивания отфильтруйте полученную смесь.
4) Ионы меди старайтесь обнаружить в растворе с помощью характерных реакций:
a) Образование гидроксида меди под действием раствора аммиака и растворение его в избытке раствора аммиака вследствие образования комплексной соли. Признак первой реакции- появление осадка синеватого или зеленоватого цвета, а во второй реакции получается раствор василькового цвета.
б) образование характерного осадка красно- бурого цвета под действием желтой кровяной соли.
5) Ионы свинца постарайтесь обнаружить в растворе с помощью характерных реакций:
6) Проделайте эти реакции в пробирках при комнатных условиях, используя по 5 мл фильтрата почвенной вытяжки.
a) Ионы свинца образуют осадок йодида свинца интенсивно- желтого цвета с ионами йода.
б) под действием хромат - иона образуется золотисто- желтый осадок.
7) Проделайте данный анализ для разных образцов почв.
Практическая работа. «Оценка загрязнения воздуха по состоянию хвои сосны». (Исследование хвоинок сосны предыдущего года, взятых в разных местах, по их усыханию и образованию некрозов.)
Ход работы.
1) Выберите несколько молодых сосен и осмотрите их хвою на побегах предыдущего года.
2) Определите класс повреждения и усыхания хвои, пользуясь оценочной схемой.
Классы усыхания хвои:
I. Нет сухих участков
II. Усохли кончики хвоинок на 2- 5 мм
III. Усохла треть длины хвоинок
IV. Вся хвоинка желтая или более половины ее сухая.
Классы повреждения хвои:
I. Хвоинки без пятен
II. Хвоинки с небольшим числом мелких пятен
III. Хвоинки с многочисленными черными и желтыми пятнами, мелкими и крупными.
3) Сделайте вывод о степени загрязнения воздуха по состоянию хвои.