CC BY
30
Научни трудове на Съюза на учените в България - Пловдив. Серия В. Техника и технологии, т. XIV, ISSN 1311-9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017. Scientific Works of the Union of Scientists in Bulgaria-Plovdiv, series C. Technics and Technologies, Vol. XIV., ISSN 1311-9419 (Print), ISSN 2534-9384 (On- line), 2017.
ВЪЗМОЖНОСТИ НА УЧЕБНИТЕ ЗАДАЧИ ПО ОРГАНИЧНА ХИМИЯ ТА ПОВИШАВАНЕНАЕКОЛОГИЧНАТАПОДГОТОВКА
НА УВЕНИЦИТЕ АнтоанттаАогеоаче ва Пловдивски университет„ПаисийХ илендарски"
POSSIBILITIES OF LEARNING ORGANIC CHEMISTRY TASKS FOR INCREASING THE ENVIRONMENTALTRAINING OF STUDENTS
Antoaneta Angelacheva University of Plovdie"PaisiiHolendarski"
Abstract. The aim of the article is to compile and to systematize learning organic chemistry tasks with ecological content. For implementation of the aim criteria for classification of organic chemistry tasks with environmental directionare developed.On the basis of defined criteria concrete tasks with ecological content are compiled. The organized experimental training proves the effectiveness of the proposed system of tasks for increasing the environmental training of students in teaching chemistry in 9th grade.
Keywords: organic chemistry education, environmental education, learning chemistry tasks
Увод
Екологичният проблем се очертава като глобален за нашето съвремие, за настоящего и бъдещето на планетата. Тази е причината той да намери отражение в редица теоретични и практико-приложни педагогически разработки.
Прегледът на литературните източници и анализът на педагогическата практика доказват необходимостта от овладяване на знания за замърсителите на въздуха, водата и почвата от физичен, химичен и биологичен произход, от формиране на умения за дейности, обезпечаващи опазване на околната среда, от изграждане на екологично съзнание за отговорно отношение към проблемите на околната среда. В тази връзка се очертава необходимостта от намиране на неизползваните резерви на учебното съдържание по природонаучните учебни предмети, от усъвършенстване на формите, методите и средствата за обогатяване на екологичната култура на учениците.
Целта на настоящата работа е съставяне и систематизиране научебни задачи с екологично съдържание, като се изследва целесъобразността имс оглед повишаване на екологичната подготовка на учениците в процеса на обучение по органична химия в 9. клас.
Изпълнението на целта се конкретизира в следните задачи: (а) анализ наметодическата литература по проблема за реализиране на екологично образование в процеса на обучение по химия във връзка с очертаване на неизползваните резерви в това направление; (б) разработване на критерии за класифициране на задачите по органична химия с екологичнанасоченост; въз основа на определените критерии съставяне на конкретни задачи с екологично съдържание; (в) реализиране на експериментално обучение с използване на разработената система от задачи.
Теоретични основи на изследването
Прегледът на специализираната литература показва, че са изследвани някои аспекти на учебното съдържание по химия и на методиката за овладяването му във връзка с обогатяване екологичната култура на учениците предимно в обучението по неорганична химия (А^е1асЬеуа, 2014; Бо]апоуа, 2004; УасИкоу&Оа1сЬеуа, 2004). Неизползвани са възможностите в съдържателен аспект на органичната химия, на нейното място в системата от химични знания с екологична насоченост, на ролята й за разгръщане на екологичната подготовка на учениците на по-широка вътрешнопредметна и междупредметна основа.
В учебното съдържание по органична химия екологичните знания са дифузно разположени и са крайно недостатъчни. При представяне на учебната информация за органичните съединения единствено директно се коментират проблемите, свързани със замърсяването на околната среда при производството и използването на синтетични миещи вещества и на ароматни съединения. Във всички останали случаи едностранчиво се акцентува върху голямото значение и широката употреба на органичните вещества в зависимост от свойствата, които те притежават. Учебното съдържание е лишено от обсъждане на: екологичните последствия от нерационалното използване на природните ресурси от органичен произход; проблемите, свързани с технологичното обезпечаване на органичните химични производства; влиянието на органичните вещества върху околната среда, пределно допустимите им концентрации и др.
Анализът на учебното съдържание по органична химия е основание да бъдат определени следните съдържателни аспекти, които могат да се използват за осъществяване на екологичната подготовка на учениците:
- органичните химични вещества и химичните реакции с тяхно участие като замърсители на въздуха, водата и почвата;
- органичните химични вещества и въздействието им върху живите организми (токсично действие, биологично значение, допустими концентрации, първа помощ при поразяване);
- химичните закономерности (състав на органичните вещества -строеж - свойства -разпространение и употреба - получаване - физиологично действие и екологични проблеми) и теориите за строежа на органичните съединения като основа за овладяване на методите за ограничаване постъпването на вредни органични вещества в околната среда и за тяхното обезвреждане;
- органичните химични производства и проблемите на замърсяването на околната среда (източници на замърсяване от органичен произход, безотпадни технологии, пречиствателни станции и др.).
Превръщането на тези съдържателни аспекти във възможност за повишаване на екологичната подготовка на учениците в обучението по органична химия може да се осъществи чрез използване на задачи с екологично съдържание. За подпомагане на процеса на съставяне и подбор на подобни задачи са предложени следните критерии за класифициране на учебните задачи по органична химия с екологична насоченост:
I група - задачи, свързани с прилагане на химични знания за основните замърсители от органичен произход, източниците на замърсяване с органични вещества и основните методи за ограничаване отделянето на токсични органични вещества в околната среда.
II група - задачи, изискващи анализ на производствена илижитейска ситуация,свързана с опазване или очистване на околната среда от замърсители от органичен произход; прогнозиране на възможните последствия за околната среда от замърсяването с органични вещества; избор на природозащитни мероприятия за предотвратяванепостъпването на вредни органични вещества в природата.
III група - задачи, решението на които е свързано с формиране на личностни качества у учениците: ценностно отношение към учебния предмет химия (в частност към органичната химия) и към проблема за замърсяване на природата с органични вещества; познавателен интерес и самостоятелност, вариативно и нестандартно мислене и др.
Разделянето на задачите в тези три групи е условно, тъй като в условието на задачите от 1или11 група може да присъства изискванетоза представяне на лично отношение към проблема за опазване на околната среда. За всяка група задачи са съставени конкретни примери,някои от които са представени в приложението.
В зависимост от дидактическите цели на урока разработените задачи по органична химия с екологично съдържание могат да се използват в различните негови етапи: актуализиране на усвоени знания, овладяване на новото учебно съдържание, обобщаване и систематизиране на знанията и уменията, контрол на знанията и уменията на учениците.
Методология на изследването
Целта на експерименталното изследване е да се получат достоверни данни за ефективността на разработените учебни задачи за повишаване на екологичната подготовка на учениците в обучението по органична химия в 9. клас.
Обект на изследването са ученици от 9. клас. Предмет на изследването са познавателните резултати на учениците с акцент върху тяхната екологична култура (екологични знания и умения, ценностни отношения към околната среда).
Експерименталната хипотеза е формулирана като очакване, че разработената система от учебни задачи с екологично съдържание ще доведе до създаване на добри условия за осъществяване на екологичната подготовка на учениците.
Формулираните цел и хипотеза на изследването обуславят избора на съответни методи на научно изследване: (а) основни методи - теоретичен анализ и синтез, мисловен експеримент, реален педагогически експеримент, дидактическо тестиране, математико-статистически методи; (б) допълнителни методи - педагогическо наблюдение и беседа, експертна оценка, анкетиране.
През учебната 2015/2016 г. е подготвен и проведен формиращ педагогически експеримент. В него са включени две групи ученици - експериментална група (която се обучава чрез прилагане на подбраните и разработени учебни задачи с екологично съдържание) и контролна група (която следва традиционното обучение по „Химия и опазване на околната среда" 9. клас). Съдържанието на учебните задачи в създадените работни листи за учениците от експерименталната група и в разработените два критериални теста (входящ и изходящ) е съобразено с изискванията на учебната програма.Тестовете са конструиранисъгласноследните критерии и показатели:(а) критерий екологични знания с показатели обем и осмисленост на знанията (задачи от 1 до 4 в субтест 1); (б) критерий умения с показатели умения за прилагане на овладените екологични знания в различни познавателни ситуации и умения за планиране и провеждане на безопасни опитии за анализ на опитни резултати (задачи от 5 до 8 в субтест 2);(в) критерий ценностно отношение към проблема за опазване на околната среда от органично замърсяване с показатели интензивност и осъзнатост на отношението (задачи от 9 до 12 в субтест 3). Основание за избора на критериите и показателите дават: (а) психолого-педагогическите изследвания, установяващи съществуването на закономерна връзка между равнището на екологична култура на учениците и продуктивността на учебната дейност (БегуаЬоУазут, 1996); (б) библиографската справка, която позволява да се откроят основните компоненти на екологичната култура на учениците - екологични знания, екологични умения и ценностни отношения към околната среда (А^е1асЬеуа&Оещоуа, 2011).
Педагогическият експеримент е осъщественв хронологията: входящо тестиране (с цел оформяне на две равностойни групи) - обучение(по два варианта) - изходящо тестиране (с цел измерване на резултатите).
Резултати и обсъждане
Необходимостта от експериментална проверка на формулираната хипотеза поставя във фокуса на статистическия анализ въпроса: Различават ли се разпределенията на случайните променливи Х и У, които характеризират с числови стойности продуктивността на ученето по химия с акцент върху екологичната култура на учениците отексперименталната и от контролната група?
Статистическите хипотези са:
Н0: Разпределенията на случайните величини Х и У в изследваните групи не се различават съществено.
Н1: Между разпределенията на случайните величини Х и У в изследваните групи съществува значима разлика.
Проверката на хипотезите се осъществява въз основа на данните за статистическите параметри, характеризиращи продуктивността на учебната дейност с акцент върху екологичната култура на учениците от експерименталната и от контролната група(табл. 1).
Таблица 1. Статистически величини, характеризиращи продуктивността _на учебната дейност на учениците в изследваните групи_
Характеристики КГ, субтест № ЕГ, субтест №
1 2 3 1 2 3
Бройизследеанилица (п) 60 60 60 60 60 60
Средноаритметична (х) 2,22 2,19 2,17 3,45 3,38 3,31
Дисперсия (й2) 0,42 0,39 0,36 0,50 0,53 0,49
Стандартноотклонение (й) 0,65 0,62 0,60 0,71 0,73 0,70
В табл. 2 са отразени резултатите от изследването на емпиричните хипотези чрез непараметрични статистически методи, описани в литературата (№81е<1оу, 2012; БМогепко, 2007).
Таблица2.Резултатиотстатистическияанализнаданнитеоттестиранетонаучениците
Статистическиметоди субтест 1 субтест 2 субтестЗ
ТестнаБартлет Н„: 312 = з22; Иь 812 ф з22 Х20,01/1 = 6,64 Х емп. = 0,35 2 2 Х емп.<Х 0,01/1 Н0сеприема Х20,01/1 = 6,64 Х емп. = 0,31 2 2 Х емп.<Х 0,01/1 Н0сеприема Х20,01/1 = 6,64 Х2емп. = 0,27 2 2 Х емп.<Х 0,01/1 Н0сеприема
ЛШУЛ И0: Ц1 = И1: Ц1 ф ^0,01;1/118 = 6,84 Гемп. = 16,22 Гемп.>Г0,05;1/158 Н1сеприема Г0,01;1/118 =6,84 Гемп. = 15,67 Гемп.>Г0,05;1/158 Н1 сеприема Г0,01;1/118 = 6,84 Гемп. = 12,73 Гемп>Г0,05;1/158 Н1сеприема
ТестнаДанкън Яр = да(р;К-к).8х Яр = 0,4348 х1 - х2 = 1,23 х1 - х2>Яр разликата е значима Яр = 0,6264 х1 - х2 = 1,19 х1 - х2>Яр разликата е значима Яр = 0,5080 х1 - х2 = 1,14 х1 - х2>Яр разликата е значима
Тест на Бартлет
За да се осъществи еднофакторен дисперсионен анализ е необходимо експерименталните данни да са получени от независими случайни извадки, принадлежащи към нормално разпределени генерални съвкупности с еднаква дисперсия. Предпоставката за хомогенна дисперсия е проверена с теста на Бартлет. При избрано равнище на достоверност а = 0,01 и обем на извадкитеп1 = п2= 60 емпирично установените стойности на проверяващата величина %2 се сравняват с критичната стойност Х2о,ош = 6,64. Тъй като за всеки от субтестовете на изходящия тест % <<% 0,01/1,може да се приеме, че разликата между дисперсиите в експерименталната и в контролната група ученици не е статистически значима.
След като двете извадки принадлежат към генерални съвкупности с еднакви дисперсии може да се приложи еднофакторен дисперсионен анализ за установяване на разлика между средните величинина изследваните групи.
Еднофакторен дисперсионен анализ (ANO VA)
Данните от еднофакторния дисперсионен анализ показват, че и за трите субтеста изчислените стойности на критерия F са по-големи откритичнатастойностЕ0,01. 1/118 = 6,84.Следователно средните параметри на експерименталната група ученици се различават от средните параметри на контролната група. Резултатите от тестирането доказват целесъобразността на разработената система от задачи по органична химия с екологично съдържание и нейното положително влияние върху познавателните резултати на учениците от експерименталната група с акцент върху тяхната екологична култура.
Тест на Данкън
За оценка на значимостта на разликата между средните параметри на сравняваните групи ученици е използван тестът на Данкън. Статистически критерий за сравняване на разликата между средните величини х1 и х2на двете групи е значимият вариационен интервал Rp. Тъй като за всеки от субтестовете х1 - х2>Кр, може да се приеме, че разликата между средноаритметичните величини на двете групи е статистически значима, т. е. резултатите на експерименталната група превъзхождат тези на контролната група.Следователно тестът не само доказва по-добрия ефект на разработената система от задачи с екологична насоченост в експерименталната група, но той може да служи и за диагностика на продуктивността на ученето по химия с акцент върху екологичната култура на учениците.
Статистическият анализ на данните от тестирането показва различие между резултатите на учениците от експерименталната и от контролната група. Учениците от експерименталната група демонстрират по-добри резултати от учениците от контролната група по критериите, измерващи екологичната им култура. Това доказва изградената хипотеза, че прилагането на системата от задачи с екологично съдържание създава добри условия за повишаване на екологичната подготовка на учениците.
Трайността на познавателните резултати на ученицитеот експерименталната група е измерена чрез ретест. Данните от изходящия тест иот ретеста са представени втабл. 3.
ТаблицаЗ. Резултатиотзаключителния тест и от ретеста на учениците от _експерименталната група_
Статистическивел Тест, Ретест, Тест, Ретест, Тест, Ретест,
ичини субтест 1 субтест 1 субтест 2 субтест 2 субтест 3 субтест 3
Бройизследванили 60 60 60 60 60 60
ца (n)
Среднааритметич 3,45 3,67 3,38 3,49 3,31 3,23
на ( х)
Дисперсия (s2) 0,50 0,76 0,53 0,48 0,49 0,41
Стандартноотклон 0,71 0,87 0,73 0,69 0,70 0,64
ение (s)
Данните от изходящия тест и от ретеста в експерименталната група ученици показват близки стойности на измерените величини, което потвърждава очакването за трайност на познавателните резултати на учениците от експерименталната група.
Заключение
В заключение може да се отбележи:(а) разработените дидактически материали (учебни задачи по органична химия с екологична насоченост) могат непосредствено да се използват в педагогическата практика по химия; (б) проведеното експериментално изследване потвърждава целесъобразността на създадената система от задачи за повишаване на екологичната подготовка на учениците в обучението по органична химия.
Приложение
Примери на задачи от I група
1.Определете кои са органичните вещества А, Б и В, участващи в следните процеси:
(A) СХ1НУ1О21 + 3O2^ 2CO2 + 3H2O + Qi;
(Б) С^Н^О^ + 2,5O2^ 2CO2 + 2H2O + Q2;
(B) СхзНузО2з + 2O2^ 2CO2 + 2H2O + Q3.
Опишете физиологичното действие на веществата А, Б и В. Свържете тези вещества в генетичен преход.
2.В три епруветки са поставени разтвори на органични вещества. Веществата от епруветки №1 и №3 образуват с прясно утаен меден дихидроксид Си^НЪпри стайна температура тъмносин разтвор. Веществата от епруветки №2 и №3 образуват с прясно утаен меден дихидроксид Си^Н^при нагряване керемиденочервена утайка от димеден оксид Cu2O. Две от веществата имат токсично действие. Кои от следните вещества:етиленгликол, глицерол, метанал, метанол, глюкоза, се съдържат в трите епруветки?
Примери на задачи от II група
1.Разполагате с калциев карбонат СаСО3(може и с въглища или метан СН4). Какви производства на негова база можете да организирате с цел получаването на най-голям брой полезни продукти при минимално замърсяване на околната среда?
2.Сериозен замърсител на водните басейни с фенолС6Н5ОНе производството на фенолформалдехидни смоли. Какво е въздействието нафенола С6Н5ОН върху околната среда? Предложете метод за очистване на отпадните води от фенолС6Н5ОН.Подкрепете отговора си с химично уравнение.
Примери на задачи от III група
1.Оценете от екологична гледна точка следните методи за получаване на оцетна киселинаСН3СООН, изразени чрез преходите:
С2Н2^ СН3СНО ^ СН3СООН;
въглехидрати ^ С2Н5ОН ^ СН3СООН.
2.Съберете нехранителните отпадъци, натрупани от вас за един ден.Анализирайте техния състав. Прогнозирайте какви превръщания търпят събраните от Вас отпадъци от органичен произход, ако попаднат в околната среда. Как ще постъпите с тях?
Литература
Angelacheva, A. (2014). Chemistry - observations and experiments. Plovdiv: Plovdiv University Press.
Angelacheva, A. &Gergova E. (2011). Environmental education in teaching chemistry. Plovdiv: Plovdiv University Press.
Аngelacheva, А. &Gergova, Е. (2013). Didactical tools for developing an environmental culture of pupils in chemistry in the secondary school. Chemistry: Bulgarian Journal of Science Education, 22(4), 532-543.
Boуanova, L.(2004). Environmental education through learning process in chemistry,Chemistry, 3.
Deryabo, S.&Yasvin, V.(1996). Ecologicalpedagogy andpsychology. Rostov na Don:Fenics Publishing House.
Nasledov, А. (2012). Mathematical methods for psychological researches. Analysis and interpretation of data. St. Petersburg: Rech Publishing House.
Sidorenko, E. (2007). Methods for mathematical processing in psychology. St. Petersburg: Rech Publishing House.
Vachkov, K&Galcheva, P. (2004). Guidelines for the formation of attitude towards the environment by teaching chemistry in secondary school education, Chemistry, 2.
