Методические приемы использования экономических знаний на уроках химии у учащихся экономического профиля

Методические приемы использования экономических знаний на уроках химии у учащихся экономического профиля

В свете задач модернизации школьного химического образования необходимо, чтобы изучение химии было развивающим. Для этого обучение должно быть ориентировано на самостоятельное и сознательное усвоение школьниками новых знаний и приобретение опыта активной поисковой деятельности. Сегодня внимание к вопросу межпредметных связей в обучении вновь усилилось из-за неуклонного нарастания интеграционных процессов во всех сферах жизни мирового сообщества. Эти события повлекли за собой реконструкцию современного образования и способствовали введению в его систему различных интегративных курсов. Так, в новых нормативных документах естественно-научные предметы, в том числе химия, собраны в единую образовательную область «Естествознание».

Химия изучает процессы превращения, состав, строение, свойства и практическое использование веществ. Без химических знаний невозможно представить научную картину мира, так как окружающий мир – это прежде всего мир веществ, превращения которых составляют основу многих природных явлений. Разнообразные химические процессы лежат в основе многочисленных производств. Продукты химии используются во всех отраслях промышленного и сельскохозяйственного производства, техники, находят широкое применение в быту. Из сказанного следует, что химия, как и другие естественные науки, не только изучает природу, но и вооружает человека знаниями для практической деятельности. Поэтому химию должны изучать все без исключения учащиеся.

«Психологический закон гласит: прежде, чем ты хочешь призвать ученика к какой-либо деятельности, заинтересуй его ею, позаботься о том, чтобы обнаружить, что он готов к этой деятельности, что у него напряжены все силы, необходимые для нее», - писал Л.С. Выготский.

В классах экономического профиля проблема интереса к химии стоит достаточно остро. Поэтому следует применять различные методические приемы, которые направлены на углубление интереса к изучению химии у учащихся-гуманитариев за счет осуществления межпредметных связей с экономикой, а введение экономического материала в курс химии будет способствовать более глубокому усвоению экономических знаний.

Рассмотрим более подробно методические приемы, которые мы использовали при обучении химии учащихся классов экономического профиля.

1. Постановка вопросов с межпредметным содержанием при изучении нового материала направляет деятельность учащихся на воспроизведение знаний из других учебных курсов (из экономики). Например, в предверии изучения темы «Природные источники углеводородов» учащимся предлагается объяснить два высказывания Д.И. Менделеева: «Нефть не топливо – топить можно и ассигнациями (деньгами)». Ответы учащихся предполагают нахождение экономической составляющей в этом вопросе: Д.И. Менделеев писал более 100 лет назад, тогда основными продуктами, получаемыми из нефти, были керосин и смазочные материалы. Бензин считался в то время бесполезным продуктом, и даже из-за своей взрывоопасности – вредным, и терялся либо из-за несовершенства системы охлаждения при перегонке, либо уничтожался.

«Нефть – продукт природы редкий, ей должно дать совершенно иное применение, чем для топлива». Ответы учащихся также предполагают нахождение экономической составляющей в этом вопросе: в настоящее время многие ТЭЦ работают на мазуте (тяжелые нефтяные фракции). До сих пор в стране сжигается на ТЭЦ, котельных, печах технологических установок более половины добываемой нефти. Во времена Д.И. Менделеева нефть использовалась только как топливо, другого применения она почти не находила. Д.И. же видел и другие способы ее применения, а именно, как ценное химическое сырье для органического синтеза. Так что слова Д.И. не потеряли свою актуальность и сегодня.

2. Методический прием - использование межпредметных знаний – можно использовать на уроках изучения нового материала, закрепления и обобщения изученного материала, на уроках контроля знаний. Рассмотрим использование этого приема при изучении способов получения поливинилхлорида (ПВХ), где вводится материал вариативного содержания, а именно рассмотреть экономическую эффективность получения ПВХ из различного сырья. В химической промышленности в большинстве случаев себестоимость продукции определяет сырьевой фактор. Учитель просит дать определение понятию “сырье”. “Сырьё – природные материалы (природные ресурсы), используемые в промышленности для получения различных продуктов и не прошедшие промышленной переработки”. Мы обращаем внимание на то, что понятие «сырье» изучалось учащимися ранее в курсе экономики. И предлагаем учащимся в понятии “сырье” выделить химическую и экономическую составляющие, с целью актуализации знаний учащихся (вспоминают ранее изученный на уроках экономики материал и переносят свои знания в химию); с целью расширения кругозора учащихся (что области различных знаний имеют общие понятия, а не разрозненны); с целью повышения активности учащихся на уроке. Результаты можно представить в виде схемы «Классификация сырья» и таблицы 1 «Химическая и экономическая составляющая».

Таблица 1.

Химическая и экономическая составляющая понятия «сырье»

Далее выбираем сырье для получения ПВХ.

Основной критерий выбора сырья – его экономическая эффективность.

Чтобы учащимся было легче разобраться в химизме получении ПВХ первоначально им можно предложить упрощенную схему получения ПВХ, начиная с сырья для получения ацетилена и этилена.

Этилен

Винилхлорид Поливинилхлорид (ПВХ)

Ацетилен

Исходным сырьем для получения поливинилхлорида служит винилхлорид, который можно получить: а) из этилена и б) ацетилена. Далее учащиеся вспоминают источники для получения этилена и ацетилена и заполняют таблицу.

В таблице 2 приведена оценка экономической эффективности сырья для получения этилена и ацетилена.

Таблица 2.

Оценка экономической эффективности сырья для получения этилена

и ацетилена.

Учащиеся на основании таблицы 2 делают вывод о том, что получить ацетилен из природного газа более экономически выгодно.

Далее учащиеся под руководством учителя оценивают из какого сырья наиболее выгодно получать винилхлорид. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Получение винилхлорида из этилена и ацетилена.

Получение поливинилхлорида (ПВХ)

В промышленности ПВХ получают радикальной полимеризацией в присутствии инициаторов – перекисей или азосоединений.

R· + CH₂=CH —→ R-CH_2-CH·

| |

Cl Cl

Высокая активность радикала (R-CH_2-CH·) вызывает быстрое увеличение

|

Cl

скорости реакции полимеризации, что позволяет проводить реакцию при низких температурах:

R-CH_2-CH· + n CH₂=CH ¾® R (-CH_2-CH-) _n+1

| |

Cl Cl

Получается стереорегулярный полимер с относительной молекулярной массой 60000 – 120000.

Поливинилхлорид широко используется для изготовления искусственной кожи, плащей, труб, клеенки, дверей и т.д.

Учащиеся делают вывод о том, что получение поливинилхлорида будет экономически более эффективно, если сырье для полимера (винилхлорид) получать, исходя из ацетилена, полученного из природного газа: действием высоких температур на метан.

В учебном процессе по химии учащиеся сталкиваются с множеством разнообразных задач. В практике обучения химии учащихся экономического профиля мы отдаем предпочтение задачам личностно значимого характера. По значимости выделяем две группы заданий (задач). Личностно значимым задание может быть: 1) по содержанию;

2) по форме предъявления и выполнения.

В содержании заданий первого типа присутствует информация, значимая для учащихся. Задачи с вариативным (экономическим) содержанием представлены в методике обучения химии достаточно широко, и мы в своей работе использовали как собственные задания, так и описанные в методической литературе. Учащиеся особенно ясно начинают понимать значение химии, когда изучаемый материал связан с практическими вопросами, например при решении задач с производственным и межпредметным содержанием. В процессе решения таких задач учащиеся уточняют и закрепляют пройденное, углубляют и осмысливают его, задачи с производственным и межпредметным содержанием способствуют способствует осмысленному восприятию материала.

Приведем примеры задач.

Тема: «Альдегиды»

1. Наиболее перспективный способ получения уксусного альдегида – прямое окисление этилена кислородом в присутствии катализаторов – хлорида палладия и меди. Какой объем этилена (н.у.) израсходуется на получение 200 кг уксусного альдегида, если массовая доля выхода его составляет 96% от теоретически возможного? (Ответ: 106 м³)

2. Алкены широко используют для получения альдегидов методом оксосинтеза. Сущность этого метода заключается во взаимодействии алкена с синтез-газом (смесь оксида углерода (II) и водорода) при нагревании и в присутствии специального катализатора. Какой объем этилена (н.у.) расходуется на получение 360 кг пропаналя методом оксосинтеза, если массовая доля выхода альдегида составляет 90 % от теоретически возможного? (Ответ: 154 м³)

Тема: «Спирты»

3. Синтез метанола идет в две стадии:

СН₄ + Н₂О → СО + 3Н₂,

СО + 2Н₂ → СН₃ОН.

Рассчитайте, какой объем природного газа, объемная доля метана в котором составляет 95%, требуется для синтеза 96 кг метанола. Массовая доля выхода спирта составляет 60% от теоретически возможного. (Ответ: 117,9 м³)

4. Один из многоатомных спиртов используют для приготовления антифризов – жидкостей, замерзающих при низкой температуре. Антифризы используют в зимних условиях для охлаждения автомобильных двигателей. Найдите молекулярную формулу этого спирта, если массовая доля углерода в нем составляет 38,7%, водорода – 9,7%, кислорода – 51,6%. Относительная плотность его паров по водороду равна 31. Напишите структурную формулу спирта и назовите его. (Ответ: этиленгликоль – С₂Н₆О₂)

5. Первый завод синтетического метанола был пущен в нашей стране в 1933 г в результате работ проф. Б.Н. Долгова и его учеников. Какую массу метанола можно получить из синтез-газа объемом 900 м³, если объемная доля оксида углерода (II) в нем составляет 30%, а массовая доля выхода метанола составляет 97% от теоретического? Основой этого процесса является реакция:

СО + 2Н₂ → СН₃ОН + 111 кДж.

Примеры вопросов с межпредметным содержанием.

1. Тема: “Предельные углеводороды”.

Перечислите основные области применения метана. Какими свойствами метана это обусловлено?

2. Тема: “Непредельные углеводороды”.

Рассмотрите возможные способы получения ацетилена. Сравните их экономическую эффективность.

3. Тема: “Каучук”.

Получите мономер (дивинил), используемый для получения синтетического каучука, тремя способами. Какой из способов является более экономичным. Обоснуйте ответ. Как это сказывается на себестоимости продукта?

4. Тема: “Нефть. Нефтепереработка”.

Перечислите основные направления экономии материальных ресурсов, используемые при переработке нефти. Приведите примеры.

5. Тема: “Спирты”.

Этанол в промышленности получают следующими способами: 1. Гидратацией этилена. 2. Гидролизом древесины. 3. Из сульфитных щелоков (отходы производства целлюлозы). 4. Брожением сахаристых веществ. Дайте экономическую оценку данных способов получения этанола, идущего на технические нужды. Почему отказались от использования пищевого сырья (какого?) при производстве технического спирта?

6. Тема: “Высокомолекулярные соединения”.

Какое отличие в свойствах полиэтилена низкого и высокого давления. Как это отличие влияет на экономический эффект от применения данных полимеров в хозяйственной деятельности человека?

На вопрос учителя «Перечислите основные направления (пути) экономии материальных ресурсов, проиллюстрируйте на примерах», учащиеся перечисляют основные направления и частные пути (интегрированные знания и химия и экономика) при изучении следующих тем: “Производство спирта”, “Получение полимерных материалов”, “Нефть. Нефтепереработка”, “Целлюлоза. Производство бумаги” и др. Преподаватель вместе с учащимися перечисляют основные направления и частные пути, через которые достигается экономия.

1. Снижение материалоемкости единицы продукции (снижение затрат сырья для производства единицы продукции):

• внедрение безотходной и малоотходной технологии;

• разработка более экономичных видов продукции;

• использование прогрессивных видов материальных ресурсов;

• применение ресурсосберегающей техники в производстве.

1. Увеличение выхода конечной продукции:

• полное или комплексное использование сырьевых ресурсов;

• внедрение научно обоснованных норм расхода сырья, материалов, топлива, энергии;

• улучшение качества производимой продукции;

• применение прогрессивных технологий.

1. Сокращение потерь в производственном процессе:

• устранение потерь при добыче, транспортировке, переработке и хранении;

• ликвидация браки и дефектов при изготовлении продукции;

• усиление контроля за сбережением материальных ресурсов.

1. Полное использование вторичных ресурсов и отходов:

• утилизация и использование всех отходов сырья и материалов;

• максимальное использование вторичных тепловых ресурсов;

• использование вторичных энергетических ресурсов;

• многократное использование тары, вспомогательных материалов, де талей;

- переработка и использование бытовых отходов.

Рассмотренные выше основные направления экономии материальных ресурсов проиллюстрируем на конкретных примерах.

2. Увеличение выхода конечной продукции:

- полное и комплексное использование сырья (комбинирование в промышленности). При комбинировании достигается большая экономия: за счет уменьшения удельных капитальных затрат на единицу продукции в среднем на 10 – 20 %; а путем снижения издержек производства (затраты на производство товаров или услуг) на 10 – 15%. Комбинирование нефтяной и химической промышленности позволяет получать экономический эффект. Например, утилизация попутного нефтяного газа, который раньше сжигали в факелах: с 1 т нефти выделяется около 50 м³ газа, можно получать синтетический спирт, каучук и т. д. Комплексное использование продуктов нефтепереработки позволяет повысить выход полезных продуктов до 90 – 95%, что является показателем уровня развития производства. Нефть – основной источник сырья для промышленного органического синтеза. В настоящее время лишь ½ добываемой нефти используется для производства необходимых химических продуктов и моторных топлив, другая половина по-прежнему сжигается на ТЭЦ, в котельных. Слова Д.И. Менделеева: “Нефть не топливо, можно топить и ассигнациями”, - не потеряли свою актуальность и сейчас. Основная задача НТП – это разработка путей использования нефти, как сырья для промышленного органического синтеза.

3. Полное использование вторичных ресурсов и отходов:

- максимальное использование вторичных тепловых ресурсов. Экономия топлива на основе нефти может быть достигнуто на всех предприятиях, в том числе нефтеперерабатывающих и нефтехимических, за счет утилизации отбросного тепла (тепла дымовых газов, продуктов реакции и т. д.). Коэффициент использования топлива на нефтеперерабатывающих заводах составляет только 30 %. Примеры утилизации вторичного тепла на нефтеперерабатывающих заводах многочисленны:

- подогрев в воздухонагревателях отходящим газом трубчатых печей прямой перегонки воздуха, подаваемого затем в эти печи; или воды для получения водяного пара, используемого на заводе и т.д. Только за счет подогрева воздуха до температуры 160 – 190 °С экономится 5 – 10 % топлива, расходуемого на подогрев сырья, и соответственно сокращаются выбросы продуктов сжигания в атмосферу.

Говоря о личностно значимых заданиях по форме предъявления и выполнения, мы имели в виду задания с использованием слепых схем, которые учащиеся раскрывают на примере конкретного производства с использованием дополнительной литературы. Практика показала, что графически представленное содержание задачи или задания (в виде схемы, рисунка), в отличие от словесной формулировки находит большой эмоциональный отклик у учащихся, вызывая желание в ней разобраться. Следует отметить, что в отечественной методике преподавания естествознания, химии, физики постоянно уделялось и уделяется внимание зарисовкам приборов, лабораторной посуды, приспособлений, схемам технологических процессов и аппаратуры с целью интенсификации способов предъявления учебной информации. Учащимся предлагается ознакомиться с общей схемой идеальной безотходной экономики, затем преподаватель дает задание рассмотреть схему безотходного производства на конкретном примере. Для выполнения этого задания (оно может выполняться и дома) учащиеся используют дополнительную литературу по химии, экономике. В результате выполнения таких заданий у учащихся развивается самостоятельность, умение работать с литературой, устанавливается межпредметная связь с экономикой (учащиеся часто самостоятельно привлекают межпредметный материал из области экономики).

Так же могут быть использованы следующие методические приемы:

- выполнение творческих заданий (рефераты, доклады и т.д.);

- сюжетно-ролевые игры, уроки – конференции.

Рассмотренные методические подходы и приемы объединяет их общая направленность на активизацию познавательной деятельности учащихся и развитие интереса к учебному предмету. Отбор методов обучения, в первую очередь обусловлен особенностями познавательной сферы и личностных качеств учащихся – «экономистов». Взаимосвязь всех компонентов разработанной методической системы приводит к тому, что содержание обучения, его методы и средства подбираются и организуются так, чтобы ученик мог проявить изобретательность к предметному материалу, его виду и форме. Это, в свою очередь, предоставляет каждому ученику, опираясь на его способности, склонности, интересы, ценностные ориентации и субъективный опыт, возможность реализовать себя в познании, учебной деятельности и поведении.