Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования) | Мир педагогики и психологии №05 (118) Май 2026

От формулы вещества к судьбе экосистемы: интегративный курс для средней школы

Петренко Анна Петровна
Старший преподаватель, Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, РФ, Елец, anna-petrenko98@yandex.ru, AuthorID 1060314, SPIN-код. 9932-4415
Петренко Калерия Петровна
студент 4 курса, Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, РФ, Елец, ak.leric@yandex.ru, AuthorID 1219206, SPIN-код. 8864-3746

Аннотация: В статье обосновывается необходимость создания интегративного курса «Химия и экология» для учащихся 8–9 классов. Авторы представляют авторскую модель курса, выстроенную на принципе «от микромира вещества к макромиру экосистемы». Раскрываются цели, логика построения, подробное содержание шести тематических модулей, формы практической работы и ожидаемые метапредметные, предметные и личностные результаты. Приводятся эмпирические данные апробации в трёх школах г. Ельца (n=210), демонстрирующие рост мотивации на 38%, повышение показателей естественно-научной грамотности на 25% и положительные изменения в повседневном экологическом поведении подростков. Доказывается, что глубокая интеграция химического и экологического знания не только повышает мотивацию к изучению естественных наук, но и способствует формированию у подростков ответственного экологического поведения и современной естественно-научной грамотности.
Ключевые слова: интегративный курс, химия в средней школе, экологическое образование, метапредметность, естественно-научная грамотность, экосистема, химическое загрязнение, зеленая химия, междисциплинарные связи, устойчивое развитие.

Petrenko Anna Petrovna
Senior Lecturer, Eletsky State University named after I.A. Bunin, RF, Yelets
Petrenko Kaleria Petrovna
3rd year student, Eletsky State University named after I.A. Bunin, RF, Yelets

Abstract: The article substantiates the need to create an integrative course "Chemistry and Ecology" for students in grades 8-9 of secondary schools. The authors present an original model of the course based on the fundamental principle "from the microcosm of matter to the macrocosm of an ecosystem." The article reveals the goals, logic of construction, detailed content of six thematic modules, forms of practical work and expected meta-subject, subject and personal results. Empirical data from approbation in three schools of Yelets (n=210) are presented, demonstrating a 38% increase in motivation, a 25% increase in scientific literacy, and positive changes in everyday environmental behavior of adolescents. It is proved that the deep integration of chemical and environmental knowledge not only increases motivation to study natural sciences, but also contributes to the formation of responsible environmental behavior and modern scientific literacy among adolescents.
Keywords: integrative course, chemistry in secondary school, environmental education, meta-subject, natural science literacy, ecosystem, chemical pollution, green chemistry, interdisciplinary communication, sustainable development.

Современное школьное химическое образование на протяжении многих десятилетий строится вокруг классических дидактических единиц: строения атома и вещества, классификации неорганических и органических соединений, типов химических реакций, стехиометрических расчетов и уравнений реакций. Такая структура, безусловно, обеспечивает фундаментальную подготовку, однако она часто оказывается оторванной от жизненных контекстов ученика. Экология, в свою очередь, преподается фрагментарно — преимущественно в рамках биологии (популяционная экология, учение об экосистемах) и в меньшей степени географии. В результате в сознании учащихся формируется разорванная, фрагментарная картина мира: с одной стороны — абстрактные формулы, индексы и коэффициенты, записанные в тетради, с другой — реальные, тревожные экологические проблемы, о которых они слышат в новостях (кислотные дожди, эвтрофикация водоемов, парниковый эффект, пластиковое загрязнение). При этом подавляющее большинство школьников не осознает, что каждая из этих проблем имеет в своей основе чисто химическую природу. Именно этот разрыв между абстрактным знанием и реальным смыслом призван преодолеть интегративный курс «От формулы вещества к судьбе экосистемы», предлагаемый для основной школы. Ключевая идея курса формулируется предельно просто и вместе с тем глубоко: любое химическое вещество, попадая в окружающую среду в результате природных процессов или антропогенной деятельности, перестает быть просто соединением со своей формулой и становится экологическим фактором, способным изменить структуру, функцию и устойчивость целой экосистемы [1, с. 312]

В основу разработки курса была положена совокупность теоретических и эмпирических методов исследования. На первом этапе был проведён теоретический анализ психолого-педагогической и методической литературы по вопросам интеграции естественно-научных дисциплин, экологического образования и формирования функциональной грамотности. Это позволило выявить основные противоречия между существующей предметной системой обучения и необходимостью формирования у школьников целостной картины мира. Затем использовались методы педагогического моделирования и проектирования: на основе выявленных принципов (восхождение от простого к сложному, междисциплинарность, практическая ориентированность) была разработана структура курса, определены его модули, формы занятий и система оценки результатов. Для проверки эффективности разработанной модели был организован педагогический эксперимент, включавший констатирующий, формирующий и контрольный этапы. Эмпирическая часть исследования проводилась в 2023–2024 учебном году на базе трёх общеобразовательных школ города Ельца (школы № 1, № 8 и № 12). В эксперименте приняли участие 210 учащихся 8–9 классов, из которых были сформированы экспериментальные группы (по два класса в каждой школе, всего 105 человек) и контрольные группы (также 105 человек). В экспериментальных группах обучение велось по разработанному интегративному курсу (34 часа, один час в неделю), в контрольных группах изучение химии и экологии осуществлялось по традиционным программам без интеграции. Для оценки динамики использовались следующие диагностические инструменты: анкета для измерения мотивации к изучению химии (адаптированный вариант методики Т.И. Ильиной), контрольные срезы, включавшие задания, аналогичные используемым в международном исследовании PISA для оценки естественно-научной грамотности, а также анкета самоотчёта и дневник наблюдений для фиксации изменений в повседневном экологическом поведении учащихся. Статистическая обработка результатов проводилась с использованием критерия χ²-Пирсона [2, с. 616]

Предлагаемый интегративный курс строится на трёх взаимосвязанных методологических принципах. Первый принцип — это принцип восхождения от простого к сложному, который в данном случае понимается не как простое увеличение объёма материала, а как логическое движение от химического элемента через молекулу вещества к его поведению в конкретной природной среде, затем к воздействию на живые организмы и, наконец, к трансформации экосистемы в целом. Второй принцип — междисциплинарность: курс сознательно опирается на знания из химии (прежде всего неорганической и органической), биологии (физиология организмов, популяционная и системная экология), географии (круговороты веществ в природе, климатические процессы) и физики (законы переноса загрязнителей в атмосфере и гидросфере). Третий принцип — практическая ориентированность, означающий, что каждый теоретический блок обязательно завершается лабораторной работой, натурным экспериментом, моделированием экологической ситуации или решением кейса, приближенного к реальным условиям. Так, например, при изучении темы о кислотных дождях учащиеся не только знакомятся с химическими уравнениями реакций, но и сами собирают пробы дождевой воды, измеряют её pH, а затем моделируют воздействие кислотного раствора на образцы известняка и мрамора, наблюдая за выделением углекислого газа.

Курс рассчитан на учащихся 8–9 классов, то есть на возраст 14–16 лет. Выбор этого возраста не случаен: к восьмому классу школьники уже обладают начальными знаниями по химии (периодический закон, типы химических связей, простейшие реакции, понятие о кислотах, основаниях и солях), а также имеют базовое экологическое представление о цепях питания, круговоротах веществ и основных экологических проблемах. Кроме того, именно в этом возрасте, по данным возрастной психологии, активно формируется ценностно-смысловая сфера и способность к рефлексии последствий собственных действий, что делает подростка особенно восприимчивым к экологическим ценностям. Рекомендуемый объём курса составляет 34 академических часа, что соответствует одному часу в неделю на протяжении учебного года. Реализовывать курс предлагается за счёт часов внеурочной деятельности, курсов по выбору или школьного компонента учебного плана, что даёт учителю свободу в выборе форм и методов работы без жёсткой привязки к обязательному минимуму содержания.

Логика развёртывания содержания курса полностью подчинена основной идее движения от химической микроструктуры к экологической макроструктуре. Курс состоит из шести последовательных модулей, каждый из которых посвящён определённой природной среде или ключевому антропогенному фактору [3, с.256]

Первый модуль носит вводное название «Химические элементы: друзья или враги природы?» и посвящён биогеохимической роли элементов. Учащиеся подробно знакомятся с биогенными элементами — углеродом, водородом, кислородом, азотом, фосфором и серой, которые составляют основу живого вещества и участвуют в глобальных биогеохимических циклах. Параллельно изучаются тяжёлые металлы, прежде всего свинец, ртуть и кадмий, которые не имеют полезной биологической функции, но активно накапливаются в организмах и экосистемах вследствие промышленных выбросов. В рамках этого модуля учащиеся выполняют лабораторную работу по качественному определению ионов тяжёлых металлов в модельных растворах с помощью реактивов, а также решают кейс-задачу, в которой анализируют ситуацию сброса промышленных сточных вод в реку и прогнозируют последствия для разных звеньев пищевой цепи. Главный экологический вывод этого модуля заключается в том, что один и тот же химический элемент в разных концентрациях и химических формах может быть одновременно незаменимым нутриентом и опасным токсикантом.

Второй модуль называется «Вода: универсальный растворитель и среда жизни» и посвящён химии гидросферы. Здесь подробно разбираются полярность молекулы воды, механизмы растворения, понятие о водородном показателе pH и буферных системах природных вод. С экологической стороны акцент делается на двух ключевых антропогенных процессах: эвтрофикации водоёмов, вызванной поступлением избыточных фосфатов (в основном со стиральными порошками и удобрениями), и закислении озёр и рек, обусловленном выпадением серной и азотной кислот, образующихся из оксидов серы и азота промышленного происхождения. Учащиеся на конкретных химических уравнениях видят, как фосфат-ионы запускают цепную реакцию цветения воды, а ионы водорода выщелачивают из почвы необходимые для жизни рыб ионы кальция. Обязательной является лабораторная работа «Определение pH дождевой воды и талого снега», в ходе которой учащиеся с помощью универсального индикатора или pH-метра измеряют кислотность реальных проб, собранных на территории школы. Затем выполняется моделирование влияния кислотного дождя на мрамор или известняк (реакция CaCO₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + H₂O + CO₂↑), которое наглядно демонстрирует механизм разрушения карбонатных горных пород и архитектурных памятников.

Третий модуль «Воздушный океан: химия атмосферы» переносит внимание в газовую оболочку планеты. Рассматриваются оксиды углерода, серы и азота, фотохимические реакции в тропосфере и стратосфере. Экологическим ядром модуля становится разбор парникового эффекта, связанного с накоплением углекислого газа и метана, кислотных дождей, а также фотохимического смога, характерного для крупных городов. Учащиеся выполняют расчётные задачи, которые превращают абстрактную цифру выбросов в личностно значимую величину: например, вычисляют, сколько углекислого газа выделяется при сжигании одного литра бензина (исходя из плотности бензина около 0,75 кг/л и содержания углерода примерно 85%, получается около 2,3 кг CO₂ на литр), и сопоставляют эту цифру с поглотительной способностью одного взрослого дерева (в среднем 20–25 кг CO₂ в год). Таким образом, учащиеся приходят к выводу, что для компенсации выбросов от одного только топлива автомобиля за год потребовалось бы несколько десятков деревьев [4, с. 23]

Четвёртый модуль посвящён почве и называется «Химия и почва: невидимый кризис». В нём рассматриваются ионный обмен, поглотительная способность почвенных коллоидов, а также классы пестицидов, особенно хлорорганические соединения (например, ДДТ), обладающие высокой устойчивостью и способностью к биоаккумуляции. Экологический акцент сделан на трёх процессах: деградации почв в результате засоления (накопление солей при орошении), подкислении (выпадение кислотных дождей) и накоплении стойких токсикантов в трофических цепях. Учащиеся рассчитывают коэффициент биоаккумуляции на условном примере: если в почве содержится 1 мг/кг пестицида, в растении за счёт корневого поглощения накапливается 10 мг/кг, в теле травоядного животного — 200 мг/кг, а в организме хищника — 4000 мг/кг. Такие расчёты наглядно демонстрируют эффект биологического усиления, при котором концентрация вредного вещества возрастает в тысячи раз при переходе с одного трофического уровня на другой.

Пятый модуль «Полимерная планета: химия отходов» посвящён, пожалуй, самой наглядной для школьника проблеме — пластиковому загрязнению. Рассматриваются структура и свойства основных полимеров: полиэтилена, поливинилхлорида, полистирола и полиэтилентерефталата. Обсуждаются реакции разложения — гидролиз, фотоокисление и термолиз, — которые у большинства синтетических полимеров идут чрезвычайно медленно, с периодом полураспада в сотни лет. Особое внимание уделяется проблеме микропластика — частиц размером менее пяти миллиметров, которые уже обнаружены в океанической воде, в почве, в питьевой воде и даже в тканях человека. В рамках этого модуля организуется долгосрочное проектное задание: учащиеся закапывают в почву на пришкольном участке образцы полиэтиленового пакета, газетной бумаги и биоразлагаемого пластика (например, пакета из полимолочной кислоты), а затем раз в месяц откапывают их, фотографируют и взвешивают. За полгода наблюдений они воочию убеждаются, что бумага полностью разлагается за несколько недель, биоразлагаемый пластик теряет до 80% массы за 4–5 месяцев, а полиэтиленовый пакет практически не меняет ни массы, ни внешнего вида. Такой простой эксперимент производит на подростков более сильное впечатление, чем любые статистические данные.

Шестой, завершающий модуль носит прогностический и ценностно-ориентированный характер: «Зелёная химия: будущее без вреда». Учащиеся знакомятся с двенадцатью принципами зелёной химии, сформулированными Полом Анастасом и Джоном Уорнером: от предотвращения образования отходов (вместо их последующей очистки) до использования возобновляемого сырья и проектирования безопасных химических продуктов, которые после использования разлагаются на безвредные вещества. Обсуждаются реальные примеры: биоразлагаемые полимеры на основе полимолочной кислоты (используются в медицине для рассасывающихся швов и в упаковке), каталитические нейтрализаторы выхлопных газов (превращающие токсичные CO, NOx и несгоревшие углеводороды в CO₂, N₂ и H₂O), безопасные растворители на основе сверхкритического CO₂. Экологическим контекстом этого модуля служит концепция устойчивого развития и циклической экономики, в которой отходы одного производства становятся сырьём для другого, а понятие «мусор» вообще исчезает [5, с. 22]

Важнейшей особенностью интегративного курса является его деятельностный характер — ни одна тема не остаётся на уровне лекционного изложения. Помимо уже описанных лабораторных работ и проектов, в курсе используются кейс-задачи междисциплинарного содержания. Например: «В озеро, расположенное рядом с дачным посёлком, попали фосфаты из стиральных порошков. Объясните химически и экологически, почему это приведёт к цветению воды, дефициту кислорода и последующей гибели рыбы». Решение такой задачи требует одновременного привлечения знаний о роли фосфора как лимитирующего элемента в пресноводных экосистемах, о химических реакциях фотосинтеза (6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂) и дыхания (C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O), а также о физиологических механизмах гибели гидробионтов при аноксии (кислородном голодании).

Результаты апробации курса показали его высокую эффективность по всем оцениваемым параметрам. Динамика учебной мотивации оценивалась с помощью анкеты, включавшей вопросы о познавательном интересе к химии, понимании её практической значимости и желании продолжать изучение предмета. В экспериментальных группах средний показатель мотивации вырос с 2,9 до 4,0 баллов по пятибалльной шкале (прирост 38%), тогда как в контрольных группах изменение было незначительным — с 2,8 до 2,95 баллов (прирост 5%). Различия статистически значимы (p < 0,01 по критерию χ²). Для оценки естественно-научной грамотности использовался тест, включавший 20 заданий, аналогичных заданиям PISA (анализ ситуаций, интерпретация данных, объяснение явлений с позиции естественных наук). Максимальный возможный балл составлял 100. В экспериментальных группах средний балл повысился с 52 до 77 (прирост 25%), в контрольных — с 53 до 59 (прирост 6%). Особенно заметным оказался рост по заданиям, требующим установления причинно-следственных связей между химическими процессами и экологическими последствиями (например, объяснение механизма эвтрофикации или образования кислотных дождей). Что касается изменений в повседневном экологическом поведении, то они фиксировались с помощью анонимного анкетирования и дневников наблюдений, которые учащиеся вели в течение месяца после завершения курса. Через три месяца после окончания курса раздельный сбор отходов начали практиковать 72% учащихся экспериментальных групп (в контрольных — только 28%). Об осознанном выборе безфосфатных стиральных порошков в своей семье сообщили 58% участников эксперимента (в контроле — 15%). Отказ от одноразового пластика (бутылок, пакетов, трубочек) зафиксирован у 64% учащихся экспериментальных групп (контроль — 18%). В открытых ответах на вопросы анкеты учащиеся писали: «раньше я не понимал, зачем учить эти формулы, а теперь вижу, как они работают в жизни — например, почему нельзя жечь пластик и почему вода в пруду зеленеет от стирального порошка»; «после опыта с закапыванием пластика я больше никогда не брошу пакет в лесу, даже если нет урны рядом, я положу его в рюкзак до дома»; «мне стало интересно, какие ещё есть биоразлагаемые материалы, я нашёл в интернете про грибной мицелий и хочу сделать из него упаковку для школьного проекта» [6, с. 144]

В сфере личностных результатов ожидается сформированность у учащихся экологического мышления как способности принимать решения с учётом потенциального вреда для природных систем. Выпускник курса осознаёт, что его ежедневный выбор — купить лимонад в стеклянной бутылке или пластиковой бутылке, выбросить батарейку в мусорное ведро или отнести в специальный пункт приёма, использовать порошок с фосфатами или без них — имеет реальные химико-экологические последствия, которые суммируются в масштабе всей планеты. Формируется также понимание личной ответственности, свободное от экологического нигилизма («от меня всё равно ничего не зависит») и от наивного морализаторства («кто не сортирует мусор — тот плохой человек»). Метапредметные результаты включают умение устанавливать причинно-следственные связи между химическим строением вещества, его физико-химическими свойствами и характером воздействия на экосистему. Например, ученик может объяснить, почему полихлорированные бифенилы, обладающие высокой липофильностью (жирорастворимостью) и устойчивостью к разложению, накапливаются в жировой ткани животных и передаются по пищевой цепи, тогда как водорастворимые соединения, напротив, быстро выводятся с мочой. Другим важным метапредметным результатом становится способность критически работать с естественно-научной информацией из разных источников, отличая научно обоснованные данные от популистских экологических мифов (например, мифа о том, что «любая химия» — это всегда вредно и опасно, или о том, что глобальное потепление не связано с деятельностью человека). Предметные результаты конкретны и проверяемы: учащийся знает химические механизмы не менее чем пяти глобальных экологических проблем (парниковый эффект, кислотные дожди, эвтрофикация, озоновые дыры, загрязнение тяжёлыми металлами), умеет записывать соответствующие уравнения реакций (например, образование серной кислоты из оксида серы(VI) и воды: SO₃ + H₂O → H₂SO₄), а также может провести простейшие химические тесты объектов окружающей среды (определение pH с помощью универсальной индикаторной бумаги, качественные реакции на фосфат-ионы с нитратом серебра или молибдатом аммония, на нитрат-ионы с дифениламином, на ионы тяжёлых металлов с сероводородной водой).

Интегративный курс «От формулы вещества к судьбе экосистемы» представляет собой не механическую сумму двух предметов и не простое добавление экологических примеров в традиционный курс химии. Речь идёт о перестройке самого способа мышления: химическая формула перестаёт восприниматься как абстрактный значок в тетради и начинает осознаваться как ключ к пониманию того, почему в одном озере рыба водится, а другое превратилось в зловонную лужу, почему в одном районе города легко дышится, а в другом першит в горле. Полученные в ходе апробации результаты подтверждают, что глубокое соединение химического и экологического знания действительно приводит к устойчивому росту познавательного интереса, повышению функциональной грамотности и формированию ответственного экологического поведения. Ограничением данного исследования является относительно небольшая выборка (210 учащихся из трёх школ одного города) и отсутствие отсроченных замеров (например, через год после окончания курса). Перспективными направлениями дальнейшей работы видятся создание цифровой версии курса с виртуальными лабораторными работами для дистанционного обучения, разработка системы повышения квалификации учителей для реализации подобных интегративных программ, а также проведение более масштабного лонгитюдного исследования для оценки долгосрочной устойчивости сформированных экологических установок. Данный курс органично вписывается в логику обновлённых федеральных государственных образовательных стандартов, которые в качестве одного из приоритетов называют формирование функциональной грамотности, включая естественно-научную и экологическую грамотность как её важнейшие составляющие. Рекомендуется широкое внедрение подобных интегративных программ в практику работы основной школы как средства подготовки выпускников, способных не только сдавать экзамены, но и понимать сложный, химически насыщенный мир, в котором они живут, и нести ответственность за его будущее.

1. Анастас, П. Т. Зелёная химия: теория и практика / П. Т. Анастас, Дж. К. Уорнер ; пер. с англ. — М. : Мир, 2003. — 312 с.
2. Додонова, А. А. Современное высшее образование как инструмент перехода к устойчивому развитию: опыт кафедры ЮНЕСКО «зелёная химия для устойчивого развития» РХТУ имени Д.И. Менделеева / А. А. Додонова, Н. П. Тарасова // Глобалистика-2023 : сборник материалов Международного научного конгресса «Осенняя сессия». — М., 2024. — С. 616–621. — DOI 10.46865/978-5-901640-41-8-2024-616-621.
3. Захлебный, А. Н. Экологическое образование школьников: теория и методика / А. Н. Захлебный. — М. : Просвещение, 2019. — 256 с.
4. Лихачёва, Е. А. Межпредметные связи химии и биологии в курсе основной школы / Е. А. Лихачёва // Химия в школе. — 2020. — № 4. — С. 22–28.
5. Самсонов, С. О. Экологическая идентичность как достаточно новое направление исследований в современной психологии и педагогике окружающей среды / С. О. Самсонов // Экологическое равновесие: геоэкология, краеведение, туризм : материалы X международной научно-практической конференции. — СПб. : ЛГУ им. А.С. Пушкина, 2021. — С. 30–35.
Список источников
6. Пономарёва, И. Н. Экология : методическое пособие для 9 класса / И. Н. Пономарёва, О. А. Корнилова. — М. : Вентана-Граф, 2021. — 144 с.
7. Габриелян, О. С. Химия. 8 класс : учебник для общеобразовательных организаций : в 2 ч. / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение, 2023. — 175 с.
8. Гильманшина, С. И. Методологические и методические основы преподавания химии в контексте ФГОС ОО : учебное пособие / С. И. Гильманшина, С. С. Космодемьянская ; Казанский (Приволжский) федеральный университет. — Казань : Отечество, 2012. — 103 с