Бесплатный фрагмент - Программа элективного курса «Кислотный дождь»

ОБ АВТОРЕ

СВИСТУНОВА ТАТЬЯНА ЮРЬЕВНА,

УЧИТЕЛЬ БИОЛОГИИ И ХИМИИ ВЫСШЕЙ КАТЕГОРИИ.

СТАЖ РАБОТЫ В ШКОЛЕ 17 ЛЕТ.

РУКОВОДИТЕЛЬ НАУЧНОГО ОБЩЕСТВА УЧАЩИХСЯ.

Пояснительная записка

Программа элективного курса предпрофильного обучения «Кислотный дождь» адресована для учащихся девятых классов общеобразовательных школ. Программа базируется на знания по двум предметам — химии и биологии.

Основная идея программы:

В наши дни стала актуальной проблема профильного и предпрофильного образования, так как учащиеся средней общеобразовательной школы после ее окончания должны быть ориентированы на определенную профессию, знать все ее плюсы и минусы. Педагогам, работающим в девятых классах, предоставляется возможность увлечь учащихся своим предметом и может быть помочь связать свою жизнь с профессией, основанной на знаниях, полученных на уроках. В связи с этим предлагается элективный курс по химии и биологии для девятых классов на тему «Кислотный дождь».

Обоснование для выбранной темы элективного курса:

В конце 20 века человечество впервые столкнулось с крупномасштабным антропогенным воздействием на окружающую среду. Среди этих проблем наибольшую обеспокоенность вызывает загрязнение окружающей среды техногенными выбросами кислотного характера. В результате неконтролируемого выброса в атмосферу оксидов серы и азота в течение нескольких десятков лет произошли значительные и нежелательные для человека изменения в биосфере: поверхностные воды и почвы оказались закисленными, во многих странах мира происходит деградация лесов, а также сокращение, либо исчезновение популяций некоторых видов животных в определенных экосистемах, которые были подвержены воздействию кислотных дождей и газов. В связи с появлением в атмосфере кислотных дождей и газов антропогенного характера происходит порча памятников архитектуры, коррозия металлов и металлических конструкций.

Проблема загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера является актуальной для Челябинской области, так как наблюдается большой выброс оксидов серы и азота в атмосферу предприятиями энергетического, металлургического и машиностроительного комплексов и автотранспортом, кроме того, Челябинская область занимает третье место в рейтинге самых загрязненных областей в России.

Несмотря на это, учащиеся школ многих стран мира не осведомлены об этой проблеме, что подтвердили результаты международного тестирования и результаты опроса учащихся в некоторых школах Челябинской области. Такую тенденцию можно объяснить тем, что в предлагаемых программах для общеобразовательных учреждений как по химии, так и по биологии отводится недостаточное количество времени для изучения глобальных экологических проблем. Хотя сейчас введен курс ОБЖ, в котором предусматривается изучение экологических проблем, но рассматриваются они в ознакомительном плане.

Следовательно, выявляется объективная необходимость всестороннего совершенствования и развития экологического образования и воспитания учащихся, формирования индивидуального и общественного экологического сознания. Развития у каждого школьника бережного внимательного отношения к природе, расширение его знаний и навыков, необходимых для охраны и рационального преобразования окружающей среды.

Особенностью представленной программы является то, что учащиеся с различным уровнем подготовки по химии и биологии могут посещать данный курс, так как каждая тема курса может изучаться отдельно от других. Кроме того в каждой теме присутствует теоретический материал и практические задания, а для учащихся, которые быстро выполняют всю работу предлагаются задания повышенной сложности.

Предлагаемый теоретический и практический материал по шести представленным темам может быть умещен в различное количество часов (максимум 34, минимум 9), в зависимости от того сколько учебных часов отводится конкретным учебным учреждением на изучение данной темы.

Целью элективного курса является расширение знаний о кислотных дождях и их влиянии на окружающую среду, формирование умений и практических навыков в анализе природных объектов для объяснения явлений в окружающем нас мире.

Задачи:

1. Расширение знаний и навыков, необходимых для охраны и рационального преобразования окружающей среды.

2. Реализация регионального компонента химико-экологического образования.

3. Отработка навыков решения проблемных экологических задач.

4. Отработка навыков решения экспериментальных и химических задач.

5. Развитие у каждого школьника бережного внимательного отношения к природе.

6. Ориентирование на профессии, связанные с химией (например: химик-технолог, врач, фармацевт и т. д.).

Планируемые результаты:

— Приобретение знаний по проблеме загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера и способам ее решения.

— Развитие умений и навыков решения экологических проблемных и расчетных задач, проведения экспериментов.

— Применение знаний для научно-исследовательской работы, вовлечение учащихся в НОУ (выступление на научно-практических конференциях муниципального и областного уровня).

— Ориентация учащихся на будущую профессию, связанную с химией и биологией.

Краткое пояснение логики структуры программы и особенностей организации учебного процесса по курсу:

Автором были разработаны отдельные занятия по 6 темам, которые охватывают все стороны проблемы загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера следующего содержания:

Занятие 1. Проблема загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера в индустриальном обществе. Процессы, приводящие к образованию кислотных дождей в атмосфере и способы их прогнозирования.

Занятие 2. Воздействие соединений кислотного характера на продукты производственной деятельности человека.

Занятие 3. Воздействие соединений кислотного характера на здоровье человека, животных и растения.

Занятие 4. Воздействие соединений кислотного характера на водоемы.

Занятие 5. Воздействие соединений кислотного характера на почву.

Занятие 6. Источники загрязнения атмосферы соединениями серы и азота и мероприятия по снижению выбросов в атмосферу данных соединений, а также по устранению закисленности окружающей среды.

Каждое предлагаемое занятие имеет следующую структуру:

— цель занятия;

— задачи занятия;

— план лекции;

— материал к лекции;

— демонстрации, лабораторные опыты, практические работы;

— задачи с экологическим содержанием;

Программа курса предполагает изучение теоретических основ данной проблемы, проведение демонстрационных опытов, позволяющих моделировать биосферные процессы. А также лабораторные и практические работы, которые дают возможность проводить качественные и количественные анализы объектов живой и неживой природы с целью оценки окружающей среды. В структуру практических занятий включены расчетные и качественные задачи, позволяющие школьникам применять полученные химические знания для объяснения экологических ситуаций и предлагать пути уменьшения антропогенного воздействия, а также пути решения имеющихся проблем.

Система оценки достижений учащихся:

В конце каждого занятия проводиться обобщение и небольшая проверочная работа на пройденную тему. Учащимся, которые посетят весь курс по данной теме, на последнем занятии будет предложена итоговая контрольная работа. Кроме этого в начале курса учащимся предлагаются темы для самостоятельного и более детального изучения темы, форма защиты учащимися выбирается самостоятельно (презентация, реферат, исследовательская работа, информационный плакат). После прохождения курса учащиеся сдают материалы учителю, который определяет, где и когда будут представлены данные материалы (неделя естественных наук, реализация регионального компонента на уроках, научно-практическая конференция, участие в различных муниципальных и региональных конкурсах и т.д.)

Апробация элективного курса и результаты

Данный элективный курс был подготовлен при наличии большой теоретической и практической базы по данной проблеме, с учетом психофизических возможностей учащихся.

Представленный курс уже был апробирован в 109 школе города Челябинска и 26 школе города Миасса. Апробация показала, что данный материал вызывает живой интерес у учащихся, так как позволяет показать необходимость химических и биологически знаний для грамотного объяснения природных явлений. Учащиеся вступали в дискуссию, задавали вопросы, искали дополнительный материал. После прохождения данного факультатива ученица выбрала тему исследовательской работы: «Влияние кислотных дождей на пшеницу», с которой выступала в 2001 году на научно-практической конференции в г. Миассе и заняла 3 место по городу.

Кроме того, перед изучением курса и после его изучения предлагалась контрольная работа, которая определяла уровень знаний и умений до прохождения факультатива и после, и как оказалось, учащиеся по многим параметрам повышают уровень своих знаний. Обсуждение результатов контрольной работы проводилось с учащимися на последнем занятии, где они самостоятельно анализировали проведенную работу по данной теме, делились впечатлениями, высказывали пожелания.

Следует отметить, что велика роль межпредметных связей при изучении данной темы, например с историей, географией, мировой художественной культурой и т. д.

Также тема элективного курса перекликается с темами курса химии 9 класса, и учащиеся имеют возможность восполнить пробелы по химии и получить достаточное количество дополнительной информации. Как показал опыт, учащиеся, прошедшие данный курс, как правило, выбирали химию для сдачи экзамена в школе и впоследствии большинство из них связывали дальнейшее обучение в ВУЗах с химией.

Публикации

— В сборнике научных работ аспирантов и студентов естественно-технологического факультета была опубликована статья «Факультатив „Воздействие соединений кислотного характера на окружающую среду“ как форма реализации регионального компонента по химии и экологии». // Челябинск. Издательство ЧГПУ, 2001 год.

— Программа элективного курса в 2008 году была опубликована в сборнике ГОУ ДПО ЧИППКРО: Т. Ю. Свистунова. Программа элективного курса по химии «Кислотный дождь»// Современные тенденции в преподавании предметов естественно-математического и технологического циклов: Материалы V областной научно-практической конференции. // Под ред. Ф. А. Зуевой. — Челябинск: ИИУ МЦ «Образование», 2008 год.

Учебно-тематический план элективного курса «Кислотный дождь»

Требования, предъявляемые к элективным курсам предпрофильного образования:

— Элективный курс в 9 классе должен быть рассчитан на 9 часов,

— Содержание учебной программы не должно дублировать стандарт,

— 70—80% учебного времени практическая направленность,

— Ориентирующий характер на определённые профессии,

— Завлекающее название,

— Элективный курс должны посетить все девятиклассники

(Юрина Г.А)

Согласно всем вышеизложенным требованиям предлагается

программа элективного курса, рассчитанная на 9 учебных часов

Содержательная часть

Мы можем повелевать природой,

лишь подчиняясь ей.

Ф. Бэкон

Несчастье приготовилось к прыжку,

запасшись банкой с серной кислотою.

Б. Пастернак

Занятие 1. Тема: Проблема загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера в индустриальном обществе. Процессы, приводящие к образованию кислотных дождей в атмосфере и способы их прогнозирования

Цель занятия: Познакомить учащихся с проблемой загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера в индустриальном обществе, рассмотреть процессы их образования в атмосфере и особенности их прогнозирования.

Задачи занятия:

1. Показать важность проблемы загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера. Сформировать понятие «кислотный дождь».

2. Ознакомить с историей возникновения понятия «кислотный дождь».

3. Рассмотреть процессы образования кислотных дождей в атмосфере.

4. Продемонстрировать образование кислотных дождей в лабораторных условиях.

5. Познакомить учащихся с особенностями прогнозирования кислотных дождей

6. Продолжить формирование умений у учащихся решать химические задачи.

План лекции:

1. Глобальная проблема загрязнения окружающей среды соединениями кислотного характера.

2. История развития понятия «кислотный дождь»

3. Атмосферные процессы, приводящие к образованию кислотных дождей.

4. Особенности прогнозирования выпадения кислотных дождей.

5. Выводы

Материал для лекции

История развития понятия «кислотный дождь»

Впервые проблема кислотных дождей стала предметом обсуждения на ХVIII Генеральной ассамблее Международного союза по теоретической и прикладной химии проходившей в Мадриде в сентябре 1975 года.

В наше время поистине пророчески звучат слова Ф. Энгельса: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. Каждая из таких побед, правда, в первую очередь приносит те последствия, на которые мы рассчитываем, но во вторую и третью очередь — совсем другие, которые очень часто уничтожают значения первых».

По словам канадского министра окружающей среды Дж. Робертса, «кислотный дождь одна из наиболее тяжелых форм загрязнения окружающей среды, которую только можно себе представить, опасная болезнь биосферы».

Максимальный отрицательный эффект кислотные дожди и газовые выбросы наносят воздушной среде, а через нее — флоре и фауне. Однако велик и уровень загрязнений водной среды и почвы.

Этот процесс развивался особенно быстро после второй мировой войны.

Существует точка зрения, что кислотные дожди — не порождение века индустриализации, и что они были причинами катаклизмов в далекие времена. В 1987 году американские ученые Р. Аринн и Б. Фегли выдвинули новую гипотезу о причинах гибели динозавров. Они считают, что гигантские рептилии вымерли в результате длительных кислотных дождей. Откуда же они взялись, если в те далекие времена не было ни ТЭЦ, ни заводов, ни автотранспорта? Полагают, что это случилось в результате столкновения нашей планеты с кометой. Именно тогда в атмосфере образовалось большое количество оксидов азота, которые выпадали в виде дождей с высоким содержанием азотной кислоты.

К 1661 г, в котором Лондон был поражен беспрецедентным по силе смогом, относятся подлинные свидетельства очевидца. Житель Лондона Дж. Эвелин так описывает ситуацию, сложившуюся в городе в результате загрязнения воздуха и выпадения кислотных осадков: «Повсюду пагубный дым, затеняющий красоту города, покрывающий все налетом копоти, разрушающий повозки, оставляющий ржавчину на посуде, украшениях и домашней утвари и разъедающий даже балки из чистого железа и самый прочный камень».

Широко известный ныне термин «кислотные дожди» появился в 1872 году. Его ввел в практику английский инженер Роберт Смит, опубликовавший книгу «Воздух и дождь: начало химической климатологии».

Детальными, по настоящему научными исследованиями кислотных дождей стали заниматься только в конце ХХ века.

Кислотные дожди — осадки снега или дождя, имеющие кислую реакцию; водные растворы оксидов (в основном, серы и азота, выделяемых промышленными предприятиями), образующие слабые растворы серной кислоты и азотной кислоты, которые отравляют атмосферу и биосферу.

Атмосферные процессы, приводящие к образованию кислотных дождей.

Процессы, протекающие в атмосфере можно разделить на следующие группы:

— Перенос выбросов ветром к зоне осадков при одновременном смешивании с незагрязненными воздушными массами;

— Химические и физические процессы в газовой фазе, приводящие к изменению концентраций первичных соединений и химического состава воздушного потока;

— Поглощение веществ антропогенного происхождения облаками и каплями дождя, их химические реакции в жидкой фазе и последующее выпадение загрязнений на поверхности в виде осадков.

Сухое выпадение (адсорбция на почве, кронах деревьев)

Особенности прогнозирования выпадения кислотных дождей.

Многие стадии процессов образования кислотных дождей, протекающих в атмосфере, могут быть обратимыми, в результате чего молекула загрязняющего вещества может претерпеть несколько циклов трансформации, прежде чем достигнет поверхности. Неопределенность ряда химических и физических процессов усугубляется и непостоянством метеорологических условий, что затрудняет прогнозирование выпадения тех или иных веществ на поверхность даже при постоянной скорости выброса из антропогенных источников.

Прогнозирование выпадения кислотных дождей возможно при установлении количественной связи между антропогенными источниками и местом выпадения осадков. Для этого необходимо четко представлять процессы химической трансформации веществ и закономерности массопереноса. Эта задача очень сложная, поскольку как в газовой, так и в жидкой фазе протекает множество процессов.

В качестве меры кислотности принята концентрация ионов водорода Н+.

Единственную в мире глобальную измерительную сеть создала Всемирная метеорологическая организация (ВМО). Эта сеть включена в программу Глобальной системы мониторинга окружающей среды. К сети ВМО относится более сотни станций, использующих большей частью автоматические приборы для отбора проб. Кроме кислотности и лимического состава атмосферных осадков исследуются и многие другие атмосферные параметры.

Одной из главных целей работы сети ВМО является определение влияния долгосрочного изменения химического состава атмосферы на климат Земли.

Демонстрации

1. Моделирование процесса образования азотной кислоты в атмосфере в лабораторных условиях.

Цель: Получить кислотный оксид NO2 и доказать, что при взаимодействии его с водой образуется азотная кислота.

Реактивы: медные стружки, концентрированная азотная кислота, лакмус, вода.

Оборудование: прибор для получения газов, стакан, пробка с газоотводной трубкой.

Ход работы: В пробирку для получения газов помещают концентрированную азотную кислоту, газоотводную трубку помещают в стакан с водой, куда приливают лакмус.

2. Моделирование процесса образования серной кислоты в атмосфере в лабораторных условиях.

Цель: Получить кислотный оксид SO2 и доказать, что при взаимодействии его с водой образуется сернистая кислота.

Реактивы: сера, подушка с кислородом, вода, лакмус.

Оборудование: ложечка, цилиндр с крышкой.

Ход работы: В ложечку для сжигания кладут кусочек серы и поджигают ее. Горящую серу вносят в цилиндр, наполненный кислородом и водой, и его сразу же закрывают крышкой. После этого ложечку медленно опускают вниз. После горения цилиндр встряхивают и, прибавляя к воде лакмус, убеждаются, что образовалась кислота.

Задачи:

Задача №1. Концентрация ионов водорода в дождевых водах Нигерии во время грозы достигает 0,001моль/л. Выполните следующие задания:

1.объясните появление ионов водорода в дождевой воде и напишите уравнения соответствующих реакций;

2.рассчитайте массу кислоты в дождевой воде массой 1*105 m (масса среднего грозового облака);

3.оцените массу углекислого газа, поступающую в атмосферу после выпадения таких осадков в районах, содержащих карбонатные породы.

Задача №2. В Центральной Европе и Северной Америке бывают дожди, в которых концентрация ионов водорода достигает 1*10—4 моль/л (рН = 4). Оцените массы серной и азотной кислот в 1 т дождевой воды, исходя из следующих предположений:

1.кислую среду создает только серная кислота;

2.только азотная кислота;

3.смесь кислот в молярном отношении 1:1.

Проанализируйте, какая дождевая вода (из указанных) опаснее для мраморных и известковых сооружений.

Задача №3. Понижение прозрачности атмосферы, обусловленное накоплением в ней частиц пыли и особенно повышением концентрации стратосферных аэрозолей, может послужить причиной падения температуры земной поверхности. Уменьшение потока солнечной энергии, достигающей Земли, всего на 1,6% способно вызвать катастрофическое обледенение.

Одним из компонентов стратосферных аэрозолей является сульфат аммония. Наибольшая концентрация его наблюдается на высоте 18—20 км, средняя массовая концентрация в высших слоях атмосферы составляет 0,1 мг/м3.

Объясните причину появления в высших слоях атмосферы сульфата аммония.