Оснащение и методика химико-экологического практикума базового и углублённого уровня

Химический эксперимент всегда был одним из важнейших методов и средств обучения химии, развивающих познавательный интерес учащихся. Методика применения химического эксперимента на уроках химии в школе достаточно исследована и разработана учёными-методистами.

В современной образовательной среде на первый план выходят технологии обучения, предполагающие организацию и проведение практических лабораторных и проектно-исследовательских работ по направлениям базового и профильного обучения с нацеленностью обучения на решение экологических проблем. Соответствующее обучение осуществляется не вместо, а в дополнение к традиционным для уроков химии лабораторным и практическим работам. При этом используются возможности урочной и внеурочной работы. Учащимся предлагаются проекты экологической направленности, с обязательными экскурсиями в природу, овладение основами химического анализа. Причём, критерии и нормы оценки знаний учащихся учитывают данный вид деятельности. Таким образом, введение экологического аспекта в школьное химическое образование является одним из актуальных путей оказания помощи педагогу-химику.

Готовым решением для реализации химико-экологических экспериментов в урочное и внеурочное время является комплекс портативных учебных изделий, разработанных в период с начала 2000-х годов и производимый серийно группой компаний «Крисмас».

Комплекс и отдельные его составляющие в функциональном, методическом и дидактическом аспектах прошёл многолетнюю апробацию в образовательных учреждениях Российской Федерации, получил многочисленные одобрения и признания учителей химии и экологии и является в настоящее время единственным системным методико-дидактическим и материально-техническим решением для химико-аналитического практикума при обучении детей школьного возраста 8-11 классов.

В этой связи хорошо себя проявили такие производимые ГК «Крисмас» изделия, как школьная химико-экологическая лаборатория, лабораторный практикум «Экология-химия-биология» (ЭХБ), мини-экспресс-лаборатории «Пчёлка-У/хим», «Пчёлка-У/почва», а также тест-комплекты и тест-системы для определения показателей качества и состава воды, почвенных вытяжек, пищевых продуктов, воздуха.

• химико-экологический практикум (8-11 кл.) – как методическое руководство для учителя (в традиционном аспекте понимания термина «практикум»), так и технологическое руководство для учителя и учащихся по применению предусмотренного в практикуме оборудования, технологических операционных приёмов его использования;
• комплект пособий для учащихся по химии экологической и химико-аналитической направленности (3 наименования – для 8-9 кл, для 10 кл., для 11 кл.);
• практические руководства по технологии выполнения экспериментальных задач в направлениях изучения воды, почвы, воздуха, продуктов питания, а также постановке химико-экологических опытов (5 наименований).

Важно, что химико-экологический эксперимент выходит за рамки химического образования, в связи с чем предлагаемый практикум позволяет вовлечь в учебные экологические исследования и проектные работы учащихся при изучении не только химии, но и технологии, биологии, географии, ОБЖ, профильных и элективных курсах, и создаёт хорошую материальную и методическую основу во внешкольной работе (дополнительном образовании) в различных направлениях, предполагающих получение и интерпретацию данных о химическом составе и свойствах окружающей среды, показателях качества и безопасности питания, факторах здоровья, личной и общественной безопасности.

Основой содержания пособия-практикума являются экспериментальные исследовательские задачи, направленные на исследование воды и водных сред химико-аналитическими методами, т.к. водная среда является неотъемлемой и основной средой для различных экологических систем и населяющих их организмов. Вместе с тем, практикум уместно дополняется пособиями, предполагающими исследование не только водных сред, но и воздуха, продуктов питания, почвы. Такие пособия наработаны ранее и входят в состав изделий, уже получивших широкое распространение: класс-комплекта ЭХБ, мини-экспресс-лабораторий «Пчёлка-У»; при пищевой специализации целесообразно использование инструментария практикума по оценке качества и безопасности питания.

Все представленные в практикуме экспериментальные исследовательские задачи соответствуют образовательным программам курса химии 8-11 класса, и могут выполняться как комплексно, так и обособленно друг от друга. Такая структура позволяет педагогу выборочно включать их в процесс обучения в соответствии с конкретной образовательной задачей.

Существенным отличием и преимуществом используемых технологий обучения является использование в составе производимых изделий готовых к применению реагентов и растворов. Именно такая «лёгкость» технологий является главной предпосылкой широкого внедрения портативного оборудования в различные учебные практики, связанные с необходимостью изучения данных о составе и свойствах проб воды, почвы, воздуха, продуктов питания.

Так, предметом изучения и оценки могут быть концентрации компонентов минерального состава воды (в первую очередь гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, карбонатов), солей общей жёсткости (кальция и магния), фосфатов, растворённого в воде кислорода, рН, органолептические показатели (мутность, прозрачность, цвет, запах); кислотные и щелочные загрязнители, тяжёлые металлы и др. Имеющиеся в комплектах тест-системы для контроля загрязнений в воде позволяют быстро определить и, в ряде случаев, идентифицировать загрязнение. Тест-системы являются простыми в использовании сигнальными средствами контроля даже для слабо подготовленных учащихся. Работы с такими средствами позволяют привлечь внимание учащихся к вопросам загрязнения водоёмов и экологической оценки качества воды. Тем не менее, проводя занятия с использованием тест-систем, обычно говорят не об определении степени чистоты воды, а об оценке уровня её загрязнённости.

Ещё одним интересным с точки зрения учебных экологических исследований объектом является почва. Её свойства аккумулировать и распространять различные привносимые в неё химические соединения делают почву важным в химико-экологическим отношении компонентом ландшафта. Оценка экологического состояния почвы с помощью портативного оборудования предполагает тестирование образцов почвы по кислотности (определение рН солевой и водной вытяжки) и засолённости (определение хлоридов, сульфатов, карбонатов, общей жёсткости в водной вытяжке). При проведении занятий по оценке состояния почвы с использованием технологий ЗАО «Крисмас+» важным является формирование представления о почве как среде жизни, о жизненно важных свойствах почвы, о возможностях и способах оценки этих свойств, и приобретение соответствующих практических аналитических и оценочных навыков.

Внедрение технологий изучения экологических проб эффективно реализуется в результате применения таких форм практико-ориентированных занятий, как проектно-исследовательские работы. В результате разработки и серийного производства учебно-методического комплекта «Школьная химико-экологическая лаборатория» (ШХЭЛ) стало возможным проводить на её основе лабораторные и проектно-исследовательские работы по актуальной экологической тематике, решая экспериментальные исследовательские задачи в формате ученического химико-аналитического эксперимента.

Химико-экологический практикум нами рассматривается как единство специальной методики обучения, дидактического наполнения и технологии выполнения практических работ, включая специальные и типовые средства их оснащения. Организация практикума в таком трактовании позволяет реализовать многие важные цели и задачи обучения, нацеленные на развитие у учащихся навыков экспериментальной исследовательской проектной деятельности, которая может быть реализована как в рамках программ предметного (школьного) обучения, так и в рамках программ элективных курсов дополнительного (внешкольного и/или внеурочного) обучения.

1. Химико-экологический практикум с применением портативного оборудования (8–11 класс) : методическое пособие для учителя / Сост.: А.Г. Муравьёв, Е.К. Орликова, И.П. Кондратюк, В.Л. Киселёва, Е.Б. Кравцова, А.Г. Богачёва; под ред. к.х.н. А.Г. Муравьёва. — СПб. : Крисмас+, 2020. — 224 с. : ил.; табл.; прил.
2. Киселёва В.Л., Степанова Н.Е., Фёдорова Д.Н., Грянченко М.В. Основы прикладной и экологической химии (8–9 класс). Учебное пособие для учащихся — СПб. : Крисмас+, 2021. — 176 с. : ил.; табл.; прил.
3. Киселёва В.Л., Воробьёв, В.О., Грицай Д.С., Грянченко М.В. Основы аналитической химии. Титриметрия. (10 класс). Учебное пособие для учащихся — СПб. : Крисмас+, 2022. — 176 с. : ил.; табл.; прил.
4. Интернет-ресурс группы компаний «КРИСМАС» (специализированные изделия для экологического и предметного практикума)
5. Интернет-ресурс учебного центра «КРИСМАС»