Умелое использование межпредметных связей – важный фактор оптимизации и интенсификации учебного процесса, повышения эффективности и качества обучения и воспитания школьников.
В ныне действующих учебных программах связь курса химии с курсами других предметов значительно усилена. Однако в ряде случаев она еще недостаточно глубоко раскрыта как в содержании учебного материала, так и в методике его изложения.
Прежде всего это относится к общим для естествознания закону сохранения и превращения энергии, играющим исключительно важную роль в познании химической, физической и биологической форм движения материи, в формировании мировоззрения учащихся. Изучения законов сохранения массы и энергии проходит на уроках физики и химии. Итогом этой работы должны стать создание целостных представлений о данных законах, выработка умений применять их дл объяснения явлений и процессов, происходящих в природе, технике, технологии.
Понятно, что формирование такой системы знаний об этих законах следует осуществлять при взаимосвязанном изучении химии, физики и биологии. Большую роль в этом процессе могут сыграть обобщения межпредметного характера, проводимые в Х1 классе.
Краткое описание обобщающего урока.
Цель урока: объединить, упорядочить и привести в систему знания учащихся по термодинамике и термохимии, показать справедливость первого закона термодинамики для химических процессов.
Задания для повторения и обобщения изученного материала для всех учащихся.
По курсу химии:
1. Тепловой эффект химической реакции.
2. Экзо и эндотермические реакции
3. Термохимические уравнения.
4. Сохранение и превращение энергии при химических реакциях.
5. Значение разных видов топлива в энергетике страны.
По курсу физики:
1. Внутренняя энергия, теплота, работа.
2. Первый закон термодинамики и его применения к изопроцессам.
3. Принцип действия тепловых двигателей.
Индивидуальные или групповые задания:
1. Производство энергии на основе органического топлива.
2. Энергетика химических производств.
3. Энергетика живых организмов.
В соответствии с заданной целью на этом уроке важно рассмотреть следующие вопросы:
1. Повторение и обобщение материала о термодинамических и термохимических процессах.
2. Использование первого закона термодинамики для объяснения химических процессов.
3. Решение задач на применение первого закона термодинамики и следствий, вытекающих из него, в химических процессах.
4. освещение роли термохимических процессов в производстве энергии, живых организмов и химической технологии.
В ходе обобщения знаний по основам термодинамики и термохимии, важно подчеркнуть, что первый закон термодинамики ( закон сохранения энергии) имеет общий характер и ему подчинены явления природы. Какие бы явления не рассматривались, все они сопровождаются теплообменом или выполнением работы. Особенность действия первого закона термодинамики в химических реакциях целесообразно рассмотреть для случаев, когда:
а\ постоянный объем; б\ постоянное давление.
Для закрепления знаний о первом законе термодинамики применительно к химическим процессам можно рассмотреть, например такую задачу:
« Определите изменение внутренней энергии для реакции образования воды при Р=101,3 кПа и Т= 298к, исходя из термохимического уравнения:
2Н2 (г) + О2 (г) = 2Н2О (ж) + 571кДж.»
Так как данная реакция проходит при постоянном давлении, то ∆U = Qр- А или ∆U= Qр - р∆V; Изменение объема ∆V определяют по разности между числом молей газообразных продуктов ( п2 ) и газообразных исходных веществ (п1 ).
С помощью уравнения Клапейрона – Менделеева находим р∆V = ∆пRT.
В таком случае математическое выражения первого закона термодинамики примет вид:
∆U=Q р - ∆пRT, где ∆п – разность между числом молей газообразных продуктов и газообразных исходных веществ, R= 8,31 Дж\моль, К- газовая постоянная, Т- температура по Кельвину.
В соответствии с уравнением реакции находим ∆п .
∆п = п2 –п1 = 0-(2+1)= -3. ( объем жидкой воды практически равен 0).
Решая уравнение ∆U=Q р - ∆пRT, находим:
∆U= 571 кДж. ( -3х0,00831х298)кДж= 578,4кДж.
Заключительный этап работы на данном уроке – выяснение роли термохимических процессов в технике и технологии, производстве энергии, жизненных процессах.
Таким образом на этом уроке происходит усвоения качественных различий между энергии в форме теплоты и работы, развитие и закрепление на химическом материале термодинамических представлений, достигается более глубокое и прочное усвоение знаний о сохранении и превращении энергии в химических процессах, осуществляется обобщения и систематизация знаний.
При изучении химии в 8-9 классе представляется возможным формировать знания на межпредметной основе, о клетке и тканях: их химических компонентах, химических свойствах и биологических функциях соляной кислоты и ее солей – хлоридов, токсичности химических элементов, их биологической заменяемости в зависимости от положения в периодической системе Д.И. Менделеева. При формировании понятий в серной кислоте, ее производстве вполне возможно использовать сведения из курса географии- природные ресурсы и районы их распространения. В курсе химии, биологии и географии имеют место и другие темы, где успешно могут срабатывать межпредметные связи, а реализовать их возможно посредством решения расчетных задач и экспериментальных задач, при изложении программных сведений. Рассмотрим это на конкретном материале.
Закрепить знания о химическом составе костной ткани, отработать навыки расчетного характера и осмыслить понятия о составе и свойствах солей можно на следующих примерах.
Учащимся предлагают решить задачу: минеральные соли гидрофосфат кальция, магния, карбонат и фторид кальция костной ткани составляют 22%, а на долю гидрофосфата кальция из этого количества приходится около 85,7%. Масса костной ткани составляет 16-18% массы тела человека. Определить количество гидрофосфата в костной ткани с массой тела 69 кг; массой вашего тела.
Учитель напоминает о том, что прочность костей зависит от наличия в них гидрофосфата кальция, так как его кристаллическая структура аналогична структуре весьма прочного природного материала- апатита.
Физиологическая роль хлорида кальция подчеркивается при решении такой задачи: раствор хлорида кальция применяется в медицине как кровоостанавливающее средства. Сколько кальция в виде ионов поступает в организм при приеме внутрь 15мл раствора, содержащего в нем 5г
СаСl2 х6Н2О? В этом случае учащиеся закрепляют знания о растворах и навыки расчетного характера.
Рассматривая вопрос о распространении фосфатов, карбонатов и хлоридов кальция, магния в природе и их промышленное значение, полезно использовать знания учащихся из курса географии.
При изучении темы « Периодический закон и периодическая система элементов Д.И. Менделеева» желательно обратить внимание учащихся на биологическую заменяемость элементов и их соединений. Например, на уроках химии физические и химические свойства оснований учащиеся изучают в 8 классе на примере гидроксида натрия или калия, кальция или бария. Им известно, что получить сульфат бария можно при взаимодействии хлорида бария с сульфатом меди, натрия или раствором серной кислоты. При характеристике элементов по группам и подгруппам периодической системы Д.И. Менделеева учащиеся узнают, что сходные по свойствам элементы располагаются в таблице друг под другом, поэтому гидроксиды натрия или калия, кальция или бария проявляют одинаковые свойства. Аналогичны свойства этих элементов по биологическим функциям и они имеются в природе и они биологически заменяемы. Например, в случае недостатка кальция в почве или в рационе питания его функцию в организме может заменить стронций, если он в избытке в почве, в продуктах питания. Вместе с тем, анализируя эти связи, учитель поясняет, что подобная замена нежелательна, она приводит к рыхлости костей, неуправляемости опорно- двигательной системы, поскольку стронций, в отличие от кальция, легко вымывается из костной ткани. Объясняется это тем, что кристаллическая решетка гидрофосфата стронция в костной ткани имеет иную структуру в отличие от решетки гидрофосфата кальция.
Замена калия или натрия в клетках и тканях организма на литий приводит к расстройству нервной системы. Результатом замены серы на селен в белках организма является выпадение перьев у птиц, размягчение копыт и когтей у животных, потеря волосяного покрова ( облысение). Эти краткие сведения о биологической заменяемости химических элементов позволяют убедить учащихся о зависимости химических свойств элементов и биологических функций от положения элементов в периодической системе, заряда ядра их атомов и относительной атомной массы, в наличии связи неорганической природы с органической.
При характеристике элементов по группам и подгруппам и установлении зависимости физико - химических свойств от массы атома, заряда его ядра следует отметить, что с нарастанием этих величин в пределах групп повышается токсичность элементов и их соединений и уменьшается их доля в биологических системах и обмене веществ. Например, бор является биогенным элементом, положительно влияющим на рост растений, процесс дыхания, углеводный обмен, окислительно-восстановительные реакции процессов обмена, а талий- яд для растений и животных. Магний участвует в образовании костной ткани, хлорофилла ( в организме человека его содержится до 50г, в крови до 10г), регулирует кровяное давление, радий и ртуть и их соединения для организма является ядами. Углерод – основа жизни, составляет 18% массы живого, а свинец и его соединения – яд для человека, растений и животных. Подобную закономерность в изменении биологической роли микроэлементов можно проследить и на примере элементов других групп периодической системы.
Характеризуя элементы в пределах периодов, желательно подчеркнуть, что основу жизни оставляют шесть элементов первых трех периодов, т.е. масса живого вещества состоит на 98,5% из водорода, углерода, азота, кислорода, фосфора и серы, на долю всех остальных элементов приходится примерно 1,5%. Здесь также следует отметить связь биологических функций с физико-химической природой атомов биогенных элементов, уместно также напомнить о распространении химических элементов в природе и их народнохозяйственном значении и этим показать межпредметную связь курсов химии, биологии, географии.
При изучении галогенов на уроках химии следует также использовать сведения из курса биологии, например, о влиянии соляной кислоты на процесс пищеварения. После изучения состава и свойств соляной кислоты необходимо пояснить, что это влияние НСl объясняется поддержанием химической среды в желудке на том уровне, на котором ферменты способны участвовать в гидролизе белков. Соляная кислота выполняет бактерицидные функции в желудке и кишечнике, к тому же она участвует в реакциях восстановления ионов железа Fe3+ до Fe2+ , и тем самым ионы железа, поступаемые с пищей в организм становятся доступными для усвоения, участвуют в образовании гемоглобина и других биологически активных соединений.
Проведя сравнительную характеристику галогенов на основе положения в периодической системе элементов, следует подчеркнуть их окислительные свойства и на этой основе разъяснить использование галогенов в качестве дезинфицирующих средств ( хлорирование воды, смазка ран спиртовым раствором йода и др.). Рассказать школьникам о роли других элементов, входящих в подгруппу галогенов. Так, йод участвует в образовании гормона щитовидной железы, влияющей на обмен веществ в организме, деятельность нервной системы; бром участвует в образовании белкового комплекса, влияющего на торможение коры головного мозга; фтор является обязательным компонентом костной ткани, зубной эмали ( фторид кальция). Избыток или недостаток фтора в воде приводит к разрушению зубной эмали и самого зуба. Фтор и йод вводятся в питьевую воду, столовую соль. В состав зубной пасты вводят фторид натрия. Для закрепления и совершенствования химико - биологических знаний можно предложить учащимся задачи и упражнения.
1.При некоторых заболеваниях в кровь вводят 0,9 процентный раствор поваренной соли, называемый физиологическим. Вычислите массу воды и соли, необходимую для получения раствора массой 10кг. Какая масса соли вводится в организм при вливании раствора массой 200г?
2. Йод входит в состав крови человека (0,013 мг на 100г крови). Масса крови человека составляет 8% от массы тела. Определите массу йода в вашем организме.
3. Применяемый в медицине «йод» является 10- процентным раствором йода в спирте. Сколько надо йода и спирта для приготовления 200г йодной настойки? Какое химическое свойство йода лежит в основе его применения?
В теме « Подгруппа кислорода» можно отметить некоторые биологические функции озона как аллотропного видоизменения кислорода- сильного окислителя, проявляющего дезинфицирующие и бактерицидные свойства. На этой основе озон применяется для очистки питьевой воды и сточных промышленных вод, отбелки бумаги, соломы, тканей и дезодорации воздуха. В малых дозах (0,000001 % по объему в воздухе) озон спасает животных и человека от слепоты, поглощая избыток ультрафиолетовых лучей, вредно влияющих на сетчатку глаза.
Повышенная концентрация озона в воздухе задерживает синтез витаминов группы D. Поглощая инфракрасные излучения Земли, озон препятствует ее охлаждению. При норме содержание озона в атмосфере соответствует слою вокруг земного шара толщиной всего лишь 3мм. В избытке озон токсичен, он вызывает чувство усталости, головную боль, тошноту, воспаление слизистых оболочек глаз, носа, кровотечение из носа. Малые дозы озона в воздухе действуют на организм благоприятно.
При ознакомлении с физико- химическими свойствами серы следует пояснить, что биологические ее функции определяются спецификой строения атома серы и образованием неустойчивых связей в биологически активных соединениях ( в силу больших межатомных расстояний по сравнению с химическими связями у соединений азота, углерода, кислорода). Благодаря этой специфике связей сера обладает такими свойствами, которые позволяют ей участвовать в образовании дисульфидных мостиков в белковых молекулах ( вторичной структуре белка), переносить некоторые группы атомов при обмене веществ, участвовать в процессе образования запаса энергии. Для закрепления знаний можно решить задачи. Например, сера входит в состав организма человека в количестве 0,25% от массы тела. Сколько серы входит в состав организма человека с массой тела 60 кг? Сколько серы входит в состав вашего организма?
При ознакомлении учащихся с основами производства серной кислоты и ее промышленным значением уместно использовать знания из курса экономической географии (природные ресурсы, размещение сырья для производства Н2SO4, использование. Отходов цветной металлургии, и в этой связи выделить проблему экономного использования сырья.
Широкое поле деятельности для осуществления межпредметных связей на уроках химии при изучении органической химии.
Так при изучении строения молекул таких углеродов как метан, этен, этин и бензол осуществляется связь химии с математикой и физикой. Образование сигма- связей в молекуле метана осуществляется за счет SP3- гибридизации, т.е. в гибридизации участвуют один S и 3Р – электрона. Гибридные облака направляются к вершинам тетраэдра (правильная треугольная пирамида) и эти облака перекрываются с электронными облаками атомов водорода и между ними возникают сигма- связи. Значит, молекула метана в пространстве представляет собой тетраэдр. Сигма- связи в молекуле этилена осуществляется за счет SP2 гибридизации, т.е. в гибридизации участвуют один S и 2Р электрона. Гибридные облака направляются к вершинам плоского треугольника, угол между связями равен 120º. Значит молекула этилена имеет плоское строение. Сигма- связи в молекуле ацетилена образуется за счет SP- гибридизации. Гибридные облака перекрываются по линии, угол между атомами углерода равен 180º. Значит молекула ацетилена имеет линейную форму.
Молекула бензола подобно этилену в пространстве имеет плоскостное строение.
При ознакомлении учащихся с природными источниками углеводородов и их промышленным значением уместно использовать знания из экономической географии.
Используя знания из экономической географии учащиеся готовят сообщения о месторождениях природного газа и газопроводах в России, о месторождениях черного золота – нефти и нефтепроводах в России, а так же о месторождениях каменного угля.
При изучении кислородосодержащих органических соединений очень уместно отметить тот факт, что этиловый спирт, как наркотик оказывает пагубное воздействие на организм человека, поражая все внутренние органы: органы кровообращения, печень, органы пищеварительного тракта, нервную систему, органы выделения, вызывая при этом, различные заболевания, которые могут привести к смертельному исходу. Уксусный альдегид образуется в организме человека в сутки 450-500г, который вредит организму человека и он как шлак выбрасывается из организма. Ацетальдегида образуется больше, если человек употребляет алкогольные напитки, а спирт в печени переходит в ацетальдегид. Муравьиная кислота образуется в организме растений, например, в листьях крапивы, в хвое сосновых, в организме муравьев. Муравьиная кислота для них является защитным средством от врагов, это защитное приспособление для выживания в борьбе за существование. Различные карбоновые кислоты образуются и в других растительных организмах. Например, лимонная кислота содержится в соке лимона, виноградная кислота – в соке винограда, яблочная кислота – в соке яблок и т.д. Эти кислоты в малых дозах оказывают благотворительное воздействие на организм человека. Такое же воздействие оказывает и молочная кислота, которая образуется при скисании молока. Рассматривая жиры, как сложные эфиры, отмечает, что они в организме человека выполняют как энергетическую, так и строительную функции. Изучая углеводы: глюкозу, сахарозу, крахмал и целлюлозу, учитель отмечает, что они являются продуктами очень важного процесса, процесса фотосинтеза, который протекает в хлоропластах листьев растений на свету. В хлоропластах на свету из углекислого газа и воды образуется глюкоза
6СО2 +6Н2О → С6 Н12О6+6О2, , а из глюкозы образуются другие углеводы: сахароза, крахмал и целлюлоза. Также отмечает, что сахароза и крахмал в организме человека при гидролизе образуют глюкозу, а глюкоза в организме человека и животных является источником энергии. Целлюлоза встречается только в растительной клетке и выполняет роль опоры – стебли растений и стволы деревьев.
Жизненноважная роль принадлежит таким азотосодержащим органическим соединениям, как аминокислоты, разнообразные пептиды, белки, различные гормоны ( белковые гормоны, гормоны поджелудочный железы, пептидные гормоны, гормоны щитовидной железы, гормоны надпочечников), нуклеиновые кислоты, которые являются носителями наследственных информаций и участвуют в биосинтезе белков, ферменты -органические катализаторы белковой природы, которые ускоряют реакции необходимые для функционирования живых организмов.
В одной небольшой работе написать все и обо всем невозможно. Я в основном остановился на связи химии с биологией, физикой, географией, математикой, медициной и на методике проведения некоторых уроков по осуществлению медпредметных связей. Реализация межпредметных связей химии и других предметов имеет огромное значение в реализации химического образования.
1. Мировоззренческое значение для формирования диалектика – материалистического понимания явлений, происходящих в природе.
2. Для активизации мыслительной, познавательной и творческой активности учащихся.
3. Для закрепления и систематизации знаний по химии и другим предметам, умения и навыков решения расчетных и экспериментальных задач по химии.
4. Для повышения познавательного интереса учащихся к изучению химии и других предметов.
5. Для формирования гражданской компетенции.
Литература:
1. Л.А. Цветков. « Преподавание органической химии в средней школе». Москва « Просвещение» 1984г.
2. Р.П. Суровцева « Из опыта преподавания неорганической химии в средней школе» Москва « Просвещение». 1985г.
3. О.С. Габриелян « Химия 8 класс». Дрофа Москва 2004г.
4. О.С. Габриелян « Химия 9 класс». Дрофа Москва 2004г.
5. О.С. Габриелян « Химия 10 класс». Дрофа Москва 2005г.
6 .О.С. Габриелян « Химия 8 класс». Дрофа Москва 2005г.
7. «Химия в школе» № 10, 2001г.
8. « Химия в школе « № 1, 2004г. Сатбалдина « О месте химии в системе предметов естественно- научных и гуманитарных циклов».
9. « Химия в школе» №1, 2005г. Петунин » Перекрестки химии и биологии в средней школе».