ШХЭЛ: учебное оборудование для качественно нового уровня преподавания химии

Учебный потенциал ШХЭЛ в реализации современных задач химического образования

Современные тенденции в развитии и стандартизации обучения химии в школе направлены на расширение её возможностей, как учебной дисциплины, формирующей ценностное отношение к естественно-научным знаниям, к природе, к человеку, вносящей свой вклад в экологическое образование обучающихся. Обучение химии в современной школе невозможно без интеграции эффективных средств и методов обучения, создания и внедрения в образовательный процесс учебно-методических комплексов-лабораторий.

Учебно-лабораторное изделие «Школьная химико-экологическая лаборатория (ШХЭЛ)», разработанное и серийно производимое ЗАО «Крисмас+», представляет собой класс-комплект для проведения практических работ по решению экспериментальных исследовательских задач химико-экологической направленности в 8-11 классах общеобразовательных школ.

Состав и функциональные возможности химико-экологической лаборатории (ШХЭЛ)

Класс-комплект состоит из функциональных модулей, каждый из которых включает специально подобранное и готовое к применению оснащение, размещённое в укладке для учителя и в наборах для учащихся.

Помимо этого, изделие содержит комплект учебно-методической и эксплуатационной документации: методическое руководство, дидактико-методические руководства для учащихся, руководства по сопряжённой тематике исследований, паспорта на изделие в целом и его обособленные составные части. Такая структура позволяет педагогу эффективно использовать модули комплексно, или выборочно включать их в процесс обучения в соответствии с конкретной образовательной задачей.

В состав укладки-лаборатории учителя входят функциональные модули по определению основных показателей качества воды: мутность, прозрачность, цветность, рН, кислотность, щёлочность, содержание растворенного кислорода, общая жёсткость; содержание анионов и катионов, наличия загрязняющих веществ: тяжелых металлов, анионных поверхностно-активных веществ (ПАВ-А); а также свойствам белков и углеводов.

Всё представленное в школьной химико-экологической лаборатории оснащение для решения актуальных экспериментальных исследовательских задач соответствует положениям ФРП ООО «Химия» 8–9 классы и ФРП СОО «Химия» 10-11 классы.

Применение ШХЭЛ в урочной деятельности позволяет актуализировать и обобщать знания о свойствах неорганических и органических химических соединений, способах их идентификации, выполнять качественные, полуколичественные и количественные определения применительно к разнообразной экологической тематике, связанной с исследованием показателей качества проб воды и водных почвенных вытяжек органолептическими, химическими и инструментальными методами.

Технологическая направленность в обучении с применением изделия состоит в формировании у учащихся исследовательской компетенции, технологического мышления. Применение изделия ШХЭЛ в химической и экологической предпрофильной и профессиональной подготовке способствует профессиональной ориентации учащихся на дальнейшее инженерное, политехническое, химико-технологическое и экологическое образование. Учебный потенциал ШХЭЛ с условием применения ряда методических приемов и реализацией практико-ориентированного и деятельностного подходов является неотъемлемым звеном в формировании естественно-научной грамотности обучающихся.

Лаборатория ШХЭЛ характеризуется универсальностью применения, так как позволяет организовывать и проводить демонстрационные и практические работы разного уровня сложности в параллелях 8–11 классов в рамках урочной и внеурочной деятельности, применяя форматы фронтальной, групповой и индивидуальной работы.

Предлагаемый перечень методик исследования проб воды и водных почвенных вытяжек по 18 показателям, наиболее встречающимся на практике, разработан как для модельных образцов, имеющих достаточный срок хранения, так и для реальных объектов окружающей среды: проб атмосферных осадков, воды из поверхностных природных источников, водопроводной или бутилированной воды, водных почвенных вытяжек.

Школьная химико-экологическая лаборатория является так называемым готовым решением для педагогов школ, она компактна, модульное наполнение позволяет использовать учебно-материальную базу школьного кабинета химии, оснащена готовыми к применению реагентами, что позволяет экономить время при подготовке рабочих мест учащихся к проведению практических работ.

Благодаря простоте методик работы с модулями, наличию иллюстрированных методических пособий, включающих контрольные вопросы для учащихся, темы проектно-исследовательских работ, разнообразную справочную информацию, основные правила безопасной работы с химическими веществами при выполнении эксперимента, занятие может проводить учитель, даже не имеющий специальной химико-аналитической подготовки. Вариантное комплектование изделия ШХЭЛ позволяет учитывать индивидуальные потребности заказывающей организации.

Стандартный состав школьной химико-экологической лаборатории по расходным компонентам рассчитан на 100 опытов по каждому показателю. Все расходные компоненты легко допоставляются производителем учебной лаборатории в виде комплектов пополнения (КП).

Методическое применение ШХЭЛ в курсе химии (8–11 классы)

Организация работы с применением класс-комплекта ШХЭЛ имеет свою специфику. При изучении в курсе химии 8 класса тем «Агрегатное состояние веществ», «Чистые вещества и смеси», «Вода. Растворы» используются модули ШХЭЛ «Мутность/прозрачность» и «Цветность, рН», при этом учащиеся получают представление о качественном и количественном определениях в химии и экологии. Определение водородного показателя воды рН целесообразно вводить при изучении темы «Кислоты», «Основания», «Соли».

При изучении курса химии в 9 классе учащиеся знакомятся со специфическими физическими и химическими свойствами химических элементов металлов и неметаллов при помощи модулей ШХЭЛ «Общая жёсткость», «Карбонаты, щёлочность», «Аммоний, нитраты», «Сульфаты». Учащиеся получают представление о значении и способах обнаружения и количественного определения этих элементов и их соединений в водных средах.

При изучении курса органической химии в 10 классе учащиеся получают сведения о зависимости свойств веществ от их химического строения, практического применения и воздействия на окружающую среду. При помощи модуля ШХЭЛ «ПАВ-А» учащиеся на практике знакомятся с методом обнаружения и определения концентрации широко распространенных анионактивных поверхностно-активных веществ, загрязняющих водную среду, так как они не подвержены естественному биохимическому разложению и не задерживаются фильтрующими установками.

При изучении курса химии в 11 классе в ходе практических учебных занятий с применением модулей ШХЭЛ «Фосфаты», «Марганец», «Никель», «Железо», «Хлориды», «Нитриты», «Растворённый кислород», «Кислотность» учащиеся расширяют и углубляют свои знания за счёт изучения механизмов реакций качественного и количественного определения их различных форм, а также получают представление о роли экологического мониторинга объектов окружающей среды и значении химико-аналитических методов в этом процессе.

Проведение занятий по химии с применением класс-комплекта ШХЭЛ расширяет возможности применения методических приемов учителем. В зависимости от дидактических задач педагог выбирает формат работы: урочная, внеурочная, проектная учебная деятельность и самостоятельно распределяет, какая часть эксперимента может быть выполнена в ходе урока фронтально или малыми группами, а какая должна быть вынесена на занятия внеурочной деятельностью для выполнения учебно-исследовательской работы.

В условиях урочной работы рекомендуется организовывать следующие типы уроков: урок комплексного обобщения и контроля знаний и умений; урок обобщения и систематизации знаний; комбинированный урок.

Комплексный урок по решению экспериментальной задачи рекомендуется проводить как спаренный урок, в условиях внеурочной работы – полуторачасовое занятие. В начале учебного занятия всему коллективу учащихся предлагается проблемная экологическая ситуация (экспериментальная задача), обсуждаются пути её решения с точки зрения химии, обсуждаются методы исследования контролируемых показателей, выбираются функциональные модули из состава ШХЭЛ, которые необходимы для проведения исследований объекта по заранее определённым показателям.

Обсуждение проводится с опорой на знания учащихся о свойствах исследуемых химических соединений, типах, механизмах, условиях проведения реакций. Объясняются особенности оформления отчёта и правила безопасной работы. Учащимся раздаются карты-инструкции, подготовленные заблаговременно на основе имеющихся в составе ШХЭЛ интерактивных материалов. Учитель знакомит учащихся с критериями оценки их деятельности в ходе исследования и проверки пройденного материала. Используется 2 функциональных модуля ШХЭЛ для определения одного показателя и два набора учащегося. Далее учебный коллектив (25–30 человек) делится на 2 группы: одна группа (12–15 человек) выполняет индивидуальное контролирующее задание на протяжении 15–30 мин; другая группа делится на 4 малые группы. Таким образом, с каждым модулем работает по две группы из 2 или 3 человек. Группы выполняют исследование на содержание определённого химического компонента в реальном объекте окружающей среды (вода, водосодержащая среда, почвенная вытяжка).

Работа с функциональными модулями ШХЭЛ проста, в описаниях работ в учебно-методическом приложении доступно и понятно изложен алгоритм выполнения. Учащиеся проводят эксперимент в соответствии с приведённой в описании методикой работы, делают в рабочей тетради все необходимые записи и расчёты и переходят к следующему модулю. За одно занятие каждой группой могут выполняться задания с использованием нескольких модулей. Затем группы учащихся, выполнивших практические исследовательские работы, меняются местами с группой, выполнявшей контролирующее задание. Теперь она в свою очередь выполняет практическую работу, а другая группа, наоборот, — контролирующее задание.

В условиях урочной деятельности по завершении учебного занятия педагог имеет возможность поставить учащимся сразу две оценки. Приведенная схема занятия опробована неоднократно.

Видеофильм урока в 9 классе одной из школ Санкт-Петербурга размещен на информационном ресурсе ЗАО «Крисмас+».

Более подробно о методиках работы с функциональными модулями, контрольных вопросах для учащихся, темах проектно-исследовательских работ, справочной информации, методических приемах проведения занятий изложено в методическом пособие для учителя « Химико-экологический практикум с применением портативного оборудования (8–11 класс)» ЗАО «Крисмас+» под редакцией канд. хим. наук А. Г. Муравьёва.

Ключевые слова: мутность, прозрачность, цветность, рН, кислотность, щёлочность, анионы, катионы, тяжелые металлы, анионные поверхностно-активные вещества (ПАВ-А).

Ключевые словосочетания: учебно-лабораторное оборудование, учебное оборудование, растворенный кислород, общая жёсткость, класс-комплект, экологическое образование, учебно-методический комплекс, экспериментальные исследовательские задачи, функциональные модули, показатели качества проб воды, экологический мониторинг, обучение химии в школе, естественно-научное образование, типы уроков.