Формирование естественно-научной грамотности школьников в практике преподавания химии на углубленном уровне

Размещено на http://allbest.ru

МБОУ СОШ №14 им. Д.А. Старикова

Формирование естественно-научной грамотности школьников в практике преподавания химии на углубленном уровне

Макарова Т.П.

учитель химии

Краснодарский край, Россия

Аннотация

Статья посвящена методам и средствам формирования естественнонаучной грамотности школьников в практике преподавания химии по федеральной рабочей программе углубленного уровня.

В статье на примере интегрированного урока «Химический состав клетки. Неорганические и органические вещества и их роль в клетке» рассмотрены особенности обучающей деятельности учителя: дифференциация требований, использование продуктивных заданий на применение знаний, интеграцию, перенос знаний, формирование естественно-научной грамотности. Проанализированы практические аспекты и проблемы формирования естественно-научной грамотности на базовом и повышенном уровнях обучения школьников химии.

Ключевые слова: интегрированный подход, продуктивные задания, естественнонаучная грамотность школьников, химия.

Совершенствование методики обучения химии как части системы преподавания естественно-научных предметов направлено на формирование естественно-научной грамотности обучаемых. За основу обновления подходов к преподаванию приняты ориентиры на методическое обеспечение достижения метапредметных результатов обучения, включающих формирование межпредметных понятий и универсальных учебных действий.

В тексте федеральной рабочей программы по химии в качестве образовательной цели этого школьного предмета обозначено «формирование общей функциональной и естественно-научной грамотности, в том числе умений объяснять и оценивать явления окружающего мира, используя знания и опыт, полученные при изучении химии, применять их при решении проблем в повседневной жизни и трудовой деятельности». [1, с.6] Успех достижения этой образовательной цели во многом зависит от систематической работы учителя химии по созданию межпредметных связей с другими предметами области «Естественно-научные предметы».

Образовательный результат «естественно-научная грамотность школьников» осуществляется через использование как общих естественнонаучных понятий, так и понятий, принятых в отдельных естественных науках. Важно, что их состав четко определен программными требованиями. Следует отметить, что состав общих естественно-научных понятий от восьмого к одиннадцатому классу практически неизменен: явление, научный факт, гипотеза, теория, закон, анализ, синтез, классификация, наблюдение, измерение, эксперимент, модель, моделирование. [2, с. 13]. Очевидно, что для их полноценного усвоения учащиеся должны быть вовлечены в исследовательскую и проектную деятельность. образование россия химия школьник

При формировании естественно-научной грамотности школьников с использованием понятий, принятых в физике, биологии, географии учителю надо учитывать, что они существенно варьируют из-за особенностей предметного содержания по классам обучения. К примеру, в программе по химии углубленного уровня для 10 класса межпредметные связи с биологией предполагают использование понятий: клетка, организм, экосистема, биосфера, метаболизм, наследственность, автотрофный и гетеротрофный тип питания, брожение, фотосинтез, дыхание, белки, углеводы, жиры, нуклеиновые кислоты, ферменты. [там же] Причем в содержании самого предмета в старшей школе для классов химико-биологического профиля больший удельный вес будет иметь органическая химия. В этом случае предоставляется возможность для более обстоятельного рассмотрения химической организации клетки как биологической системы, в состав которой входят, к примеру, такие структурные компоненты, как липиды, белки, углеводы, нуклеиновые кислоты и другие.

Выше сказанное актуализирует интегрированный подход в преподавании химии в современной школе. Интегрированный подход означает объединение содержания, принципов и методов химии с другими предметами и областями знания. Это позволяет учащимся лучше понять взаимосвязи между различными науками и применить полученные знания на практике. Применение межпредметных связей и интегрированного подхода может обеспечить достижение не только предметных, но и метапредметных результатов, а также воспитательных эффектов.

Интегрированный подход позволяет учащимся видеть химию в контексте реальных проблем и ситуаций. Например, связь химии с биологией помогает понять биохимические процессы в организмах, а связь с экологией - понять взаимодействие химических веществ с окружающей средой. Развитие творческого и критического мышления: межпредметные связи способствуют развитию аналитических и проблемно-ориентированных навыков учащихся. Они могут применять знания из разных предметов для анализа и решения сложных задач, что способствует развитию творческого и критического мышления. Интегрированный подход позволяет обогатить знания учащихся, показав, как химия связана с другими предметами. Например, изучая историю науки, учащиеся могут узнать о вкладе химиков в развитие науки и технологий. Важно отметить и прикладное применение химических знаний: межпредметные связи стимулируют применение химических знаний на практике. Например, изучение пищевой химии может быть связано с изучением биологии и здорового питания, что помогает учащимся применять химические знания в повседневной жизни.

Содержательная характеристика способов, методов и приемов, способствующих оптимизации обучения химии в контексте требований обновленного ФГОС [3] помогает учителю организовать изучение отдельных разделов и тем курса «Органическая химия», который является составляющей предмета «Химия» (10-11 классы, углубленный уровень).

Далее на материале интегрированного урока в 10 классе по теме: «Химический состав клетки. Неорганические и органические вещества и их роль в клетке» рассмотрим особенности обучающей деятельности учителя: дифференциацию требований, использование продуктивных заданий на применение знаний, интеграцию, перенос знаний, формирование естественнонаучной грамотности.

Задачи урока:

1. Расширить и углубить знания старшеклассников о химическом составе внутренней среды клетки, о строении и значении в жизни клетки различных неорганических соединений (на примере воды и минеральных солей).

2. Научить школьников выявлять связь между составом, строением молекулы органического соединения и его функциями в клетке.

3. Убедить учащихся в том, что для понимания сущности протекающих в клетке процессов необходимы знания из разных областей естественных наук (биологии, химии, физики).

Оборудование: наборы химических реактивов для лабораторных опытов.

На этапе изучения нового материала, организуя мотивирующее начало, рекомендуется акцентировать внимание учеников на сходстве в химическом составе разных клеток, что свидетельствует о единстве их происхождения.

Одним из основных общих признаков живых организмов является единство их элементарного химического состава. Независимо от того, к какому царству, типу или классу принадлежит то или иное живое существо, в состав его тела входят одни и те же, так называемые универсальные химические элементы. Но количественное содержание тех или иных элементов в живых организмах и в окружающей их неживой среде существенно отличается.

Какие химические элементы преобладают в земной коре? (кислород, кремний, алюминий, железо, магний, натрий, кальций - эти элементы составляют ~ 98% массы земной коры).

Какие химические элементы преобладают в живых организмах? Обратимся к таблице в учебнике, в которой показана роль некоторых элементов-биогенов, в том числе самых распространенных: кислород (O), углерод (C), водород (H), азот (N).

Задача-разминка: Подсчитайте, сколько в человеке массой 85 кг будет составлять каждый из данных элементов. (Ответ: кислород - 59,5 кг, углерод - 13,6 кг, водород - 7,65 кг, азот - 2, 125кг, кальций - 0, 85 кг, фосфор - 0,425кг, калий - 0,255 кг.). Мы с вами выяснили, какова масса биогенов в организме человека определенной массы. Давайте посмотрим, какие еще элементы есть в живых организмах.

Почему данные элементы подходят для выполнения биологических функций? Обсуждение в микрогруппах. Учащиеся из курса химии вспоминают о строении атомов, их расположении в первых периодах периодической системы, их общих свойствах - способности к образованию ковалентных связей посредством спаривания электронов с отдачей или присоединением при этом от одного до шести электронов. Кроме того, органеллы могут легко реагировать друг с другом, образуя при этом разнообразные химические соединения. Эти элементы имеют малую атомную массу (относительно малый радиус), то есть они сочетают легкость с прочностью ковалентных связей между ними. Атомы углерода образуют «каркас» органических молекул, на котором как бы «крепятся» разнообразные функциональные группы, содержащие водород, кислород, серу, азот и другие элементы.

Отсюда вывод, что свойства органогенов так разнообразны, что названных элементов достаточно для образования множества органических молекул. Следовательно, атомы, из которых состоят вещества клетки и неживой природы указывают на тесную связь и единство живой и неживой природы. Одни и те же химические элементы входят в состав как неорганических веществ (воды и минеральных солей), характерных и для живых организмов и существующих в неживой природе, так и органических веществ - углеводов, липидов, белков, нуклеиновых кислот, витаминов и других, характерных только для живых организмов.

Проблемная ситуация: В клетке неорганические соединения представлены в основном солями, которые могут содержаться или в растворенном виде (катионы и анионы), или в твердом виде. Большое значение для жизнедеятельности клетки имеют катионы K+, Na+, Ca2+, Mg2+ и анионы HPO42-, Cl-, HCO3-. Многие ионы неравномерно распределены между клеткой и окружающей средой, так, например, в цитоплазме концентрация ионов калия в 20-30 раз выше, чем снаружи, а концентрация ионов натрия внутри клетки, наоборот, в 10 раз ниже.

Доказано, что после гибели клетки концентрация катионов снаружи и внутри клетки быстро выравнивается. Почему?

Приведем примеры продуктивных заданий на формирование естественно-научной грамотности к этому уроку:

Распределите следующие вещества на неорганические и органические: вода, углекислый газ, глюкоза, карбонат кальция, хлорофилл.

Объясните, почему органические вещества так важны для клетки. Приведите примеры органических веществ, необходимых для функционирования клетки.

Представьте себя молекулой глюкозы и опишите свой путь внутри клетки. Укажите, где и какие процессы происходят с вашей молекулой.

Постройте схематическую модель клетки и отметьте на ней все неорганические и органические вещества, которые вы изучали. Объясните их роли и функции в клетке.

Рассмотрите процесс фотосинтеза и объясните, как неорганические и органические вещества взаимодействуют в ходе этого процесса. Приведите примеры других процессов, в которых неорганические и органические вещества также играют важную роль.

Создайте презентацию или постер, на котором представлены различные неорганические и органические вещества, их структура, свойства и роль в клетке. Презентуйте свою работу классу.

Эти задания помогут учащимся развить свою естественно-научную грамотность и лучше понять роль неорганических и органических веществ в клетке.

Далее проходит лабораторная работа «Свойства белков». Выполнение в парах.

Цель работы: пронаблюдать процессы обратимой и необратимой денатурации белков, выяснить факторы денатурации белков.

Оборудование и материалы: раствор яичного белка, раствор сульфата аммония (NH4)2SO4 или поваренной соли NaCl, концентрированная азотная кислота HNO3, 20%-ный раствор сульфата меди CuSO4, пробирки, стеклянная палочка, спиртовка, вода.

Информация для работы: Для определения воздействия температурного фактора лучше всего использовать кипящую водяную баню - химический стакан или кружку с водой. Концентрированные кислоты, щёлочи, соли тяжёлых металлов (меди, свинца, кадмия) вызывают необратимую денатурацию. Соли лёгких металлов вызывают лишь осаждение белков. При разбавлении растворов осадок растворяется, денатурация обратима.

Ход работы:

1. В три пробирки налейте по 2 мл раствора яичного белка. В первую пробирку добавьте концентрированный раствор азотной кислоты, во вторую пробирку - поваренной соли, в третью пробирку - сульфата меди. Встряхните пробирки. Наблюдайте, что происходит с растворами.

2. В каждую пробирку добавьте по 2 мл воды. Как теперь изменились растворы? Запишите результаты в таблицу.

3. Сделайте вывод о влиянии различных химических веществ на белки.

4. Налейте в пробирку 3 мл яичного белка и нагрейте на спиртовке. Что происходит с белком? Сделайте вывод о воздействии температуры на белок. Результаты работы оформите в таблице. Сделайте вывод.

На этапе закрепления изученного материала ученики выполняют открытые тесты для подготовки к ЕГЭ по биологии и химии по теме урока, а также задания для закрепления и обобщения знаний из параграфа учебника химии «Химический состав клетки. Вода и минеральные вещества»:

1. Сравните диаграммы распространения химических элементов в земной коре и в организмах. Почему наиболее распространённые в неживой природе химические элементы, кроме кислорода, в организмах представлены в очень незначительных количествах?

2. Где в периодической таблице химических элементов находятся элементы-биогены? Для ответа на этот вопрос воспользуйтесь учебником и таблицей. Объясните биологическое значение этих элементов с точки зрения строения их атомов и способности образовывать ковалентные связи.

3. Используя материал учебника, заполните таблицу для 20 элементов- биогенов (по вашему выбору для каждой из трёх групп: макроэлементы, микроэлементы, ультрамикроэлементы).

В преподавании школьного курса химии на углублённом уровне особую актуальность приобретают такие цели и задачи, как ^воспитание убеждённости в познаваемости явлений природы, уважения к процессу творчества в области теоретических и прикладных исследований в химии, формирование мировоззрения, соответствующего современному уровню развития науки [1, с. 7]. Многолетний опыт работы позволяет нам выделить практические аспекты формирования естественно-научной грамотности в обучении химии на базовом и повышенном уровнях, которые нуждаются в особом внимании каждого учителя:

· лабораторные работы: проведение экспериментов и наблюдений, анализ результатов, проверка гипотез. Это помогает школьникам развить навыки работы с химическим оборудованием, умение следовать инструкциям, анализировать данные и делать выводы,

· изучение химических реакций и законов химии: школьники должны освоить базовые концепции химии, понимать, как происходят химические реакции, и знать основные законы и принципы, лежащие в их основе,

· использование моделей и симуляций: применение компьютерных программ и симуляций может помочь школьникам лучше понять сложные химические процессы и визуализировать абстрактные понятия,

· изучение связей химии с другими науками: обучение химии должно быть связано с изучением физики, биологии, геологии и других естественных и гуманитарных предметов. Это позволяет школьникам увидеть взаимосвязи между различными областями науки и лучше понять их вклад в общую картину мира,

· применение знаний в реальных ситуациях: школьникам необходимо понимать, как химические процессы применяются в повседневной жизни. Они должны видеть практическую пользу от приобретенных знаний и умений, например, в области пищеварения, производства и экологии.

Завершая статью, считаем важным обратить внимание на одну из проблем формирования естественно-научной грамотности в обучении химии - это отсутствие мотивации у части школьников. Некоторые школьники воспринимают химию как сложный и неинтересный предмет. Это приводит к тому, что они упускают возможность развить свои навыки и понимание в этой области. Еще одной проблемой является недостаток доступных ресурсов для проведения лабораторных работ и экспериментов. Не все школы обладают необходимым оборудованием и химическими реактивами, что может существенно снижать возможности учеников для практического опыта экспериментирования.

Список литературы

1. Федеральная рабочая программа /Химия. 8-9 классы (углубленный уровень) [Электронный ресурс]. URL: https://edsoo.ru/rabochie-programmy / (дата обращения: 04.12.23);

2. Федеральная рабочая программа /Химия. 10-11 классы (углубленный уровень) [Электронный ресурс]. URL: https://edsoo.ru/rabochie-programmy / (дата обращения: 04.12.23);

3. Химия (углубленный уровень). Реализация требований ФГОС среднего общего образования: методическое пособие для учителя / [А.А. Каверина, М.Г. Снастина], науч.ред. Н.В. Свириденкова, под ред. А.А. Кавериной. - М.: ФГБНУ «Институт стратегии развития образования», 2023

Abstract