CC BY
20УДК 372.8
Макарова Т.П.
учитель химии МБОУ СОШ №14 им. Д.А. Старикова (Краснодарский край, Россия)
ФОРМИРОВАНИЕ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОЙ ГРАМОТНОСТИ ШКОЛЬНИКОВ В ПРАКТИКЕ
ПРЕПОДАВАНИЯ ХИМИИ НА УГЛУБЛЕННОМ УРОВНЕ
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.
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 (О), углерод (С), водород (Н), азот
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 №+, Ca2+, Mg2+ и анионы НР042-, С1-, НСО3-. 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 №С1, концентрированная азотная кислота HNO3, 20%-ный раствор сульфата меди С^О4, 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
Makarova T.P.
Secondary School No. 14 named after D.A. Starikov (Krasnodar region, Russia)
FORMATION OF NATURAL-SCIENTIFIC LITERACY OF STUDENTS IN PRACTICE OF TEACHING CHEMISTRY AT AN ADVANCED LEVEL
Abstract: the article is devoted to the methods and means of cultivating natural-scientific literacy among students in the practice of teaching chemistry at an advanced level based on the federal advanced curriculum. The article examines the specificities of the teacher's instructional activities, such as differentiated requirements, the use of productive tasks for knowledge application, integration, knowledge transfer, and the formation of natural-scientific literacy.
Keywords: integrated approach, productive tasks, natural-scientific literacy of students, chemistry.
