Возможности экологического воспитания школьников при изучении темы: "Кальций и его соединения" 
Возможности экологического воспитания школьников при изучении темы: "Кальций и его соединения"
ВОЗМОЖНОСТИ
ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ ШКОЛЬНИКОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ТЕМЫ: «КАЛЬЦИЙ И ЕГО
СОЕДИНЕНИЯ»
Введение
Современная
экология – обширный междисциплинарный научный комплекс. Наряду с традиционной
общей (биологической) экологией, исследующей отношения организмов и условий
среды на уровне популяций, биоценозов и экосистем, этот комплекс включает
прикладную экологию (промышленная, городская сельскохозяйственная, лесная
экология и т.д.) и социальную экологию (взаимоотношения природы и общества).
Столь широкий круг проблем экологии привел к тому, что в школах Российской
Федерации нет специального предмета «Экология» и получил распространение так
называемый интегрированный вариант экологического образования. При этом
варианте практически все предметы составляют единое образовательное экологическое
пространство.
Большая роль
в экологическом образовании школьников отводиться химии, так как в основе любых
процессов, протекающих в организме и экосистеме, лежат химические реакции. Тем
более важна роль химии при оценке влияния человека на конкретные экосистемы и
биосферу в целом. На уроках химии наиболее целесообразно изучать вопросы,
связанные с химическим загрязнением окружающей среды, знакомиться с методами
мониторинга загрязнения и способами снижения его пагубного влияния на живые
организмы, включая человека [1].
Учитель химии
может профессионально обсуждать с учащимися новые малоотходные технологии и
методы очистки жидких стоков и газовых выбросов, а также проблему утилизации
твердых отходов. На уроках химии надо рассматривать биосферные круговороты веществ
и последствия влияния на них человека (усиление парникового эффекта, разрушения
озонового экрана, трансграничный перенос загрязняющих веществ и кислотные
дожди), химизацию сельского хозяйства, проблемы энергетики с использованием
углеродистых энергоносителей и водорода.
Некоторые из
перечисленных вопросов изучаются и в курсах других предметов, входящих в
образовательное экологическое пространство, – биологии, географии, физики.
Однако эти неизбежные элементы дублирования материала даже полезны, так как
позволяют учащимся взглянуть на одну и ту же проблему с разных сторон.
Исходя из
всего вышесказанного, считаем возможным, представить вашему вниманию
квалификационную работу: «Возможности экологического воспитания школьников при
изучении темы: «Кальций и его соединения». Работа позволит сформировать
конкретные химические и экологические знания у учеников. Работа важна и
актуальна, так как позволяет представить основной материал, представленный
в школьном учебнике в новом свете, отражающем конкретные экологические
проблемы, связанные с растущим загрязнением окружающей природной среды,
приобретающим поистине глобальные масштабы. Все это не может не отразиться на
здоровье человека, на численности и разнообразии популяций, на общем фоне биосферы.
Целью настоящей работы
является выявление возможностей экологического воспитания школьников на примере
выбранной темы. Немаловажен при этом анализ школьных учебников (тем и заданий,
оценка сложности и доступности анализируемого материала), тщательная подготовка
необходимого дополнения к этим темам, внедрение материалов с экологическим содержанием,
увеличение числа заданий и тестов, носящих экологический характер, а также
проведение различных внеклассных мероприятий с экологическим содержанием.
Работа
включает в себя: введение, три главы и заключение. Первая глава содержит
материал, характеризующий современные тенденции и пути формирования
экологической культуры школьников, а также излагает основные способы получения и
использования кальция в промышленности, влияние кальция и его соединений на
здоровье человека. Во второй главе рассматривается тема «Кальций и его
соединения» так, как она излагается в школьной программе. Третья глава
восполняет недостатки школьного курса через развитие химических знаний посредством
раскрытия экологической проблематики, связанной с выбранной темой.
1. Экологическое
образование
1.1
Современные тенденции: пути формирования экологической культуры
Выживание
человечества зависит от его нравственного совершенствования. Сегодня для
дальнейшего развития цивилизации становиться очевидной необходимость
формирования экологической культуры на основе ценностей экологической этики.
Экологическая культура должна проявляться в социальной активности и гражданской
зрелости личности. Чтобы экологические требования превратились в норму
поведения каждого человека, необходимо с детских лет целенаправленно
воспитывать чувство ответственности за состояние окружающей среды, природный
мир, его экологическую чистоту. Господствующая сегодня культура отношения людей
к природе впервые поставила человечество перед альтернативой: жить комфортно и
богато в экологически нездоровой истощенной среде или ограничивать свои
потребности и отдавать часть богатств на поддержание устойчивого развития и
создание экологически здоровой среды. Такое понимание проблемы дает основание
для рассмотрения экологической культуры в концепции готовности и способности
человека к самоограничению в потреблении природных ресурсов, к поступкам,
соответствующим экологическим нормам и правилам поведения в окружающей среде
[2].
Новая
экологическая культура требует более целостного взгляда на мир, оценки места и
роли в нем человека. Содержание общего образования необходимо конструировать в
культурологической парадигме, т.е. вывести детей из господствующего «поля
заучивания» в «поле размышления». Составная часть экологической культуры –
экологическое мировоззрение. Оно проявляется в системе обобщенных взглядов на
отношение людей к окружающей среде. Возникает педагогическая проблема
формирования убежденности в большой важности общечеловеческих экологических
ценностей, чем эгоистические интересы отдельных личностей [3].
Человек –
единственный вид в биосфере, определяющий ее судьбу на исторически малом
отрезке времени, и совершенно очевидно, что необходимо формировать у него
мировоззрение, определяющее его поведение. Дальнейшее развитие цивилизации
может происходить только в согласии с законами природы, при осознании человеком
своей истинной роли в системе биотической регуляции. Это требует изменения
многих стереотипов поведения, механизмов экономики и социального развития.
Одна из
социальных технологий, способных обеспечить экологически безопасное развитие
страны – экологическое просвещение. Образованность становиться существенным
фактором личной и государственной безопасности, так как образованный человек
способен снижать уровень социального и экологического риска.
Экологическое
образование нацеливает на осуществление интегрированного процесса обучения и
воспитания, на разработку образовательных моделей, органично сочетающих
познавательную и ценностную сторону сознания. Современное образование должно
строиться на прочном естественнонаучном и гуманитарном фундаменте,
обеспечивающем системные, междисциплинарные, интегративные знания о природе и
обществе, принципах их взаимодействия [3,4].
1.2
Интеграционные процессы в химии и экологии
Рассмотрение
экологических вопросов требует, наряду с традиционными биологическими,
географическими, социальными и другими аспектами, химического подхода. В основе
процессов жизнедеятельности, как и в основе изменения химического состава
окружающей среды, лежит превращение веществ. Для описания экологических систем
и управления ими в условиях нарастающего возмущения этих систем деятельностью
человека необходимо знание химических механизмов взаимодействия между
человеком, средой его обитания и отдельными экологическими подсистемами. С
другой стороны, химия и химическое производство как неотъемлемые составные
части процесса развития цивилизации ответственны за многие экологические проблемы,
без них человек не может полноценно существовать на земле, а также эффективно
преодолевать негативные последствия своей деятельности.
Интеграционные
процессы в химии и экологии находят свое отражение в образовании. При
моделировании учебных курсов использован вариативный подход к построению их
содержания. Для углубления общеэкологических знаний в курсе химии преобладает
биосферная концепция. В курсе химии для усиления экологической компоненты стоит
расставить акценты на проблеме загрязнения окружающей среды, превращении
веществ под воздействием внешних факторов, отраслевые концепции и критерии, и
физико-химические методы очистки природных сред, особого внимания заслуживает
элемент кальций.
1.3 Кальций
и его распространенность в природе
Кальций (Calcium) Ca – химический элемент
периодической системы элементов Д.И. Менделеева с порядковым номером 20 и
атомной массой 40,08 а.е.м. Природный кальций образован 6 стабильными
изотопами: кальций – 40 (96,94%), кальций – 44 (2,09%), кальций – 42 (0,067%),
кальций – 48 (0,187%), кальций – 43 (0,135%), кальций – 46 (0,003%). Основные
характеристики атома кальция таковы: строение внешнего энергетического уровня 4
s2, степень окисления +2, очень редко +1, электороотрицательность по
Полингу 1,0; атомный радиус 0,197 нм [5].
Металлический
кальций был впервые получен в 1808 году Г. Дэви методом электролиза;
название элемента кальция происходит от латинского «калькс» – мел, мрамор,
известняк и т.п.
По
распространенности в земной коре кальций занимает пятое место – его содержание
составляет 3,38% по массе. Кальций встречается только в виде соединений, чаще
всего солей кислородсодержащих кислот. Известно около 400 минералов, содержащих
данный элемент. Наиболее распространенны различные силикаты и алюмосиликаты, в
частности анортит Ca3[Al2Si2O8], диопсид CaMg[SiO6], волластонид Ca[Si3O9], также промышленное
значение имеют кальцит (известняк, мрамор, мел) CaCO3, доломит CaMg(CO3)2 фосфорит
Ca5(PO4)3(OH, CO3), апатиты Ca5(PO4)3(F, Cl), гипс CaSO4 ∙ 2 H2O, флюорит CaF2 и др. Значительное
количество кальция находится в природных водах вследствие существования
глобального карбонатного равновесия между практически нерастворимым карбонатом
кальция, хорошо растворимым гидрокарбонатом кальция и находящимся в воде и
воздухе диоксиде углерода. Заметное количество кальция содержится в организме
человека и животных, в частности, гидроксилапатит – в костной ткани
позвоночных, карбонат кальция – в раковинах моллюсков, яичной скорлупе.
Применение
кальция основано на следующих моментах: при металлотермическом получении урана,
тория, циркония, цезия, рубидия и некоторых лантаноидов из их соединений, для
удаления примесей кислорода, азота, серы, фосфора из сталей, бронз и других
сплавов, для обезвоживания многих органических жидкостей, очистки аргона от
примесей азота, в качестве геттер в вакуумных устройствах, легирующего элемента
для алюминиевых сплавов и модифицирующей добавки для магниевых сплавов. Сплавы
кальция со свинцом являются антифрикционными материалами в производстве
подшипников. Еще большее применение нашли соединения кальция. Например,
карбонат кальция применяют в качестве антацидного средства, при повышенной
кислотности желудочного сока, хлорид кальция организму необходим для
осуществления передачи нервных импульсов, сокращения сердечных и скелетных
мышц, для формирования костной ткани, свертывания крови и нормальной
деятельности других органов и систем.
1.4
Метаболизм кальция в организме человека
Метаболизм
кальция.
К функциям кальция в организме относятся:
·
структурная
(кости, зубы);
·
сигнальная
(внутриклеточный вторичный мессенджер-посредник);
·
ферментативная
(кофермент факторов свертывания крови);
·
нейромышечная
(контроль возбудимости, выделение нейротрансмиттеров, инициация мышечного
сокращения).
Главная роль в метаболизме кальция
в организме человека принадлежит костной ткани. В
костях кальций представлен фосфатами – Са3(РО4)2 (85%),
карбонатами – СаСО3 (10%), солями органических
кислот – лимонной и молочной (около 5%). Вне
скелета кальций содержится во внеклеточной жидкости и практически отсутствует в
клетках. В состав плотного матрикса кости, наряду с коллагеном, входит фосфат
кальция – кристаллическое минеральное соединение, близкое к гидроксилапатиту Са10(РО4)6(ОН)2. Часть ионов Са2+ замещена
ионами Mg2+, незначительная часть ионов ОН- – ионами
фтора, которые повышают прочность кости. Минеральные компоненты костной ткани
находятся в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата сыворотки крови.
Клетки костной ткани могут ускорять отложение или, наоборот, растворение
минеральных компонентов при локальных изменениях рН, концентрации ионов Са2+,
НРО42-, хелатообразующих соединений
[6]. В организме взрослого человека содержится 1–2 кг
кальция, 98% которого находится в составе скелета
[А. Уайт и соавт., 1981]. Он
составляет около 2% массы тела (примерно 30 моль). В
крови уровень кальция – 9–11 мг/100 мл (2,2–2,8 ммоль/л), во
внеклеточной жидкости – около 20 мг/100 мл. Регуляция обмена кальция между вне- и
внутриклеточной жидкостью осуществляется паратгормоном, кальцитонином, 1,25 –
диоксихолекальциферолом. При уменьшении концентрации ионов кальция
возрастает секреция паратиреотропного гормона (ПТГ), и
остеокласты увеличивают растворение содержащихся в
костях минеральных соединений. ПТГ увеличивает одновременно реабсорбцию ионов
Са2+ в почечных канальцах. В итоге повышается уровень кальция в сыворотке крови. При увеличении содержания ионов
кальция секретируется кальцитонин, который снижает
концентрацию ионов Са2+ за счет отложения кальция результате деятельности остеобластов. В процессе регуляции участвует витамин D, он требуется для синтеза кальцийсвязывающих белков,
необходимых для всасывания ионов Са2+ в
кишечнике, реабсорбции его в
почках. Постоянное поступление витамина D необходимо для нормального течения
процессов кальцификации. Изменение уровня кальция в крови могут вызывать тироксин, андрогены,
которые повышают содержание ионов Са2+, и
глюкокортикоиды, снижающие его. Ионы Са2+ связывают многие белки, в том числе некоторые белки системы свертывания крови. В белках системы свертывания содержатся кальций-связывающие
участки, образование которых зависит от витамина К.
В пищевых продуктах кальций содержится в
основном в виде фосфата кальция, который и поступает в организм. В природе
кальций встречается в виде карбоната, оксалата, тартрата, фитиновой кислоты (в
составе злаков).
Дефицит
кальция в организме часто связан с малой растворимостью большинства его солей.
С плохой
растворимостью солей кальция связывают кальцификацию стенок артерий,
образование камней в желчном пузыре, почечных лоханках и канальцах. Формы
фосфата кальция по степени возрастания растворимости располагают следующим
образом: Са3(РО4)2>СаНРО4>Са(Н2РО4)2.
Фосфаты
кальция легко растворяются в желудочном содержимом. Максимальное всасывание
кальция происходит в проксимальных отделах тонкого кишечника и уменьшается в
дистальных отделах.
Доля усвоения
кальция более значительна у детей (по сравнению со взрослыми), у беременных и
кормящих. Усвоение кальция снижается с возрастом человека, при дефиците
витамина D.
В плазме
крови содержатся фракции связанного с белком (недиффундирующего) кальция
(0,9 ммоль/л) и диффундирующего: ионизированного (1,1–1,4 ммоль/л) и
неионизированного (0,35 ммоль/л). Биологически активным является
ионизированный кальций, он проникает в клетки через мембраны, неионизированная
форма связана с белками (альбумином), углеводами и другими соединениями. Внутри
клеток концентрация свободного кальция низкая. Так, общая концентрация ионов Са2+
в цитоплазме эритроцитов составляет около 3 мкм, из них на свободные ионы
приходится менее 1 мкм. Градиент концентрации ионов кальция по разные
стороны от мембраны (от 102 до 105) поддерживается при помощи кальциевого
насоса. Очень медленная обратная диффузия ионов внутрь клетки противостоит
работе насоса. Са2+ относится к вторичным месенджерам – внутриклеточным
веществам, концентрация которых контролируется гормонами, нейромедиаторами,
внеклеточными сигналами. Низкий уровень кальция в клетках поддерживается
кальциевыми насосами (кальциевыми АТФ-азами) и натрийкальциевыми обменниками.
Высокая активация Mg2+-, Са2+-АТФ-азы связана с
конформационными изменениями кальциевого насоса, приводящими к переносу Са2+.
Резкое увеличение содержания кальция в клетке происходит при открытии
кальциевых каналов или внутриклеточных кальциевых депо (концентрация повышается
до 500–1000 нМ при 10–100 нМ в нестимулированной клетке). Открытие
каналов может быть вызвано деполяризацией мембран, действием сигнальных
веществ, нейромедиаторов (глутамат, АТФ), вторичных мессенджеров (инозит –
1,4,5 – трифосфат, цАМФ) [7]. Уровень кальция в клетках повышается (в 5–10 раз)
в виде кратковременных флюктуаций (высокие концентрации кальция оказывают
цитотоксическое действие). В клеточных органеллах и цитоплазме клеток имеется
большое количество белков, способных связывать кальций и выполнять роль буфера.
Действие кальция опосредовано «кальциевыми сенсорами» – специальными
кальцийсвязывающими белками – аннексином, кальмодулином, тропонином.
Кальмодулин имеется во всех клетках и при связывании четырех ионов кальция
переходит в активную форму, которая может взаимодействовать с белками. Са2+
оказывает влияние на активность ферментов, ионных насосов, компонентов
цитоскелета за счет активации кальмодулина.
Страницы: 1, 2, 3, 4
|
|
