© Данный материал защищен авторским правом.
Организация исследовательской работы учащихся «Все есть вода»
©Е.В.Янушкевич, Е.Р.Неткачева, Л.Б.Сахарук
Частное учреждение образования «Колледж бизнеса и права»
Цель работы – исследовать качество воды, свойства воды и возможности их использования в жизни человека.
Задачи: собрать и проанализировать информацию о воде, используя различные ее источники; провести эксперимент; сделать выводы.
Объект исследования – образцы воды из разных источников г. Минска.
Предмет исследования – качество воды.
Методы исследования: наблюдение, опыты, сравнение, анализ.
Участники: учащиеся первого курса колледжа, преподаватели химии, физики, биологии. Учащиеся из различных учебных групп разделены на рабочие группы, которым под руководством преподавателя-предметника необходимо изучить свойства воды с точки зрения физики, биологии, химии. Итоги исследовательской деятельности учащиеся докладывают на общей итоговой конференции, где с помощью презентаций и видеороликов учащиеся докладывают о ходе проведения эксперимента, делятся своими открытиями и выводами.
- Учебный предмет «Физика»
Материалы: образцы воды из 4 источников: № 1 – вода для питья, очищенная водяным фильтром колледжа; № 2 – водопроводная вода из крана колледжа; № 3 – вода бутилированная, приобретена в магазине; № 4 – вода из открытого декоративно-питьевого источника парка «Медвежино» (г. Минск, Фрунзенский район).
Опыт № 1. Определение цвета воды
Эталон: чистая вода – бесцветная.
Визуальный эксперимент: все 4 пробы воды бесцветны.
Вывод: все образцы воды чистые
Опыт № 2 Определение запаха воды
Обонятельный эксперимент: для определения запаха воды пробы нагревают до 600С. С помощью вращательных движений емкостей с нагретой водой определяем запах.
Эталон: отсутствие запаха
Вывод: в образце №2 обнаружен ярко выраженный запах хлора, остальные образцы – без запаха.
Опыт № 3 Определение наличия соли в воде
Временной эксперимент: для определения наличия солей воду необходимо довести до состояния кипения. Вода без содержания соли закипает быстрее.
Вывод: время закипания образца № 4 самое продолжительное, кроме того, во время закипания указанного образца на поверхности воды образовались хлопья, что говорит о содержании минералов в данном образце.
Опыт № 4. Определение наличия масла в воде
Реагенты: камфорное масло и порошок перманганата калия. Добавляем в опытные образцы кристаллы перманганата калия, которые при растворении позволяют наглядно наблюдать перемещение в воде капелек масла. Если в исходном образце отсутствуют масла, то при добавлении камфорного масла в воду масло остается в виде капли на поверхности воды, не погружаясь в нее (плотность масла меньше плотности воды, жидкости не смешиваются).
Вывод: в образцах № 2, № 4 капелька масла растеклась по всей поверхности воды и немного проникла в глубь воды, значит в данных образцах воды изначально содержится масло.
Опыт № 5. Определение наличия примесей в воде
Визуальный эксперимент: капля воды из образца размещается на стекле и остается до высыхания. Если стекло после испарения воды остается чистым, то вода является чистой. Если же на стекле образовались пятна, то в воде присутствуют примеси.
Вывод: самый четкий ореол пятна после испарения в образце № 2 (больше всего примесей). Менее четкий ореол образовался после испарения воды образца № 3 (меньше всего примесей).
Опыт № 6. Определение показателя преломления
Эксперимент: образцы воды заморозили (твердое состояние) до состояния льда. Пропуская световой луч через замороженные образцы по отклонению луча на выходе рассчитан показатель преломления. Полученный результат сравнили со справочной величиной абсолютного показателя преломления чистого льда (n=1,3).
Вывод: у образцов № 1, № 3, № 4 показатель преломления получился n=1,42, у образца № 2 n =1,49. В образце № 2 содержится большее количество различных примесей, которые ослабевают пропускающую способность света.
Вывод по результатам исследований в области учебного предмета «Физика»: более качественная (чистая) вода содержится в образце № 3 (бутилированная вода). Однако, для питьевых целей лучше использовать воду из образца № 1 (фильтр питьевой воды из колледжа), так как она содержит соли, необходимые организму человека.
- Учебный предмет «Биология»
Эксперимент: изучение свойств воды и ее влияния на прорастание семян.
Материалы: образцы воды из 7 источников: № 1 – питьевая вода из фильтра колледжа; № 2 – вода из декоративно-питьевого источника парка «Медвежино»; № 3 – вода из водопровода колледжа; № 4 – вода из фильтра, установленного в квартире жилого дома в микрорайоне «Каменная горка» (г. Минск); № 5 – вода из декоративно-питьевого источника парка им. Павлова (г. Минск); № 6 – бутилированная питьевая вода «Умный выбор» (приобретена в магазине); № 7 – дистиллированная вода (приобретена в аптеке).
Гипотеза: прорастание (всхожесть) семян зависит от качества воды и ее химического состава.
Методика исследований: эксперимент и сравнительный анализ.
Теория: этапы прорастания семян: 1 этап – поглощение воды, 2 этап – набухание семян, 3 этап – увеличение размеров, 4 этап – появление зародышевого корешка, 5 этап – появление зародышевого побега. Главное необходимое условие прорастания семян – попадание воды в семя через семявход. После попадания воды семя набухает, питательные вещества растворяются в воде и зародыш может их использовать для начала своего роста и развития. Прорастание семян начинается с поглощения ими воды: они набухают. Вода активизирует вещества, способствующие превращению нерастворимого крахмала (запасного вещества) в растворимую глюкозу, которая перемещается в зону роста зародышевого корешка, зародыш начинает увеличиваться в размерах. Первый видимый признак роста – появление корешка. Он прорывает кожуру семени, растет вниз, закрепляя семя в почве. Затем появляется почка – зачаток зародышевого побега и сам побег (росток).
Объект исследования: семена сорта редиса «Жара» (далее – семена).
Описание эксперимента: в 7 одинаковых емкостей с 7 образцами воды на ватных дисках поместили по 10 семян в каждый. Семена находились в одинаковых условиях: температура, давление, свет, влажность. Эксперимент проводился с 18 мая по 24 мая 2024 года. Температура в помещении 230С.
«Проклевываться» семена (появление корешка) начали на второй день после начала эксперимента. Всхожесть оказалась выше у семян из образцов № 4, № 6 и № 7. Быстрее «пошли в рост» (росток) семена, замоченные в воде из образца № 7. Самая низкая всхожесть семян и слабый рост побега (ростка) наблюдался в образцах № 2 и № 5.
Процент всхожести семян вычислен по формуле: ω = n/n(общ) х 100 %, где ω – процент всхожести семян, n – количество проросших семян, n (общ) – общее количество семян. Данные расчетов занесены в таблицу 1. Из таблицы видно, что большее количество семян проросло в фильтрованной (образец № 1), бутилированной (образец № 6) и дистиллированной (образец № 7) воде.
Таблица 1. Всхожесть семян редиса сорта «Жара» в воде из различных источников.
|
Культура |
№ |
Образцы воды |
Всхожесть, %, 3-й день |
Всхожесть, %, 5-й день |
|
Редис (сорт «Жара»)
|
№1 |
Фильтрованная, колледж |
80 |
100 |
|
№ 2 |
Открытый источник «Медвежино» |
40 |
90 |
|
|
№3 |
Водопроводная, колледж |
80 |
100 |
|
|
№4 |
Фильтрованная, жилой дом, микрорайон Каменная горка |
100 |
100 |
|
|
№5 |
Открытый источник, парк им. Павлова |
10 |
70 |
|
|
№6 |
Питьевая бутилированная |
90 |
90 |
|
|
№7 |
Дистиллированная |
100 |
100 |
На 6 день эксперимента ростки из образца с дистиллированной водой (образец № 7) стали погибать, в то время как ростки в иных образцах воды продолжали развиваться.
Выводы по результатам исследований в области учебного предмета «Биология»:
для прорастания семян важно наличие достаточного количества воды, ее состав имеет второстепенное значение; семена содержат питательные вещества, необходимые для прорастания. Дистиллированная вода, очищенная от всех примесей, не повлияла отрицательно на всхожесть семян. Наоборот, она быстрее проникает внутрь семян и не сдерживает их прорастание. Вода из открытых источников, содержащая примеси, тормозила развитие семян;
для дальнейшего развития ростков (после прорастания семян) необходимо наличие минеральных веществ – солей азота, калия и фосфора, которые отсутствуют в дистиллированной воде, а водопроводная вода благоприятно влияет на дальнейшее развитие проростков благодаря содержанию в ней минеральных солей.
Прорастание семян зависит от качества воды и ее химического состава. Чем чище вода, тем больше прорастает семян. Но для дальнейшего роста растений необходима вода с примесями минеральных солей.
- Учебный предмет «Химия»
Цель исследования: провести химический анализ качества воды из разных источников, сравнить их с требованиями к качеству питьевой воды по Санитарным правилам и нормам [1].
Материалы: образцы воды из 7 источников: № 1 – питьевая вода из фильтра колледжа; № 2 – вода из декоративно-питьевого источника парка «Медвежино»; № 3 – вода из водопровода колледжа; № 4 – вода из фильтра, установленного в квартире жилого дома в микрорайоне «Каменная горка» (г. Минск); № 5 – вода из декоративно-питьевого источника парка им. Павлова (г. Минск); № 6 – бутилированная питьевая вода «Умный выбор» (приобретена в магазине); № 7 – дистиллированная вода (приобретена в аптеке), № 8 – контрольный образец (для различных опытов соответственно).
Опыт № 1. Определение рН (показатель кислотности раствора)
В питьевой воде значение рН должно находиться в пределах 6-9. Исследования образцов воды проводились с использованием универсальной индикаторной бумаги. Уровень рН во всех образцах не превышает предельно-допустимых значений.
Опыт № 2 Определение наличия хлоридов (Cl—) в составе воды
ПДК (предельно допустимая концентрация) хлоридов в питьевой воде – 350мг/л. Приблизительное содержание хлоридов определяют по осадку или помутнению, которое образуется при добавлении в образец воды раствора соли нитрата серебра. Проводилось сравнение с контрольным образцом, в котором содержится ПДК хлорид-ионов.
Опыт № 3. Определение наличия сульфатов (SO42-) в составе воды
ПДК сульфатов в питьевой воде – 500 мг/л. Примерное содержание сульфатов определяется по скорости выпадения и количеству осадка, образующегося при добавлении в воду раствора соли хлорида бария. Проводилось сравнение с контрольным образцом, в котором содержится ПДК сульфат-ионов.
Опыт № 4. Определение жесткости воды.
Жесткость воды обуславливается наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Для исследования наблюдали выпадение или не выпадение осадка в виде хлопьев. Испытание проводится с использованием контрольного образца (мыльная вода) с ПДК по общей жесткости 7ммоль/л.
Таблица 2. Результаты исследования оценки качества воды
|
Показатель |
Образцы исследуемой воды |
|||||||
|
№ 1 Фильтр колледжа |
№ 2 Открытый источник, Медвежино |
№ 3 Водопровод колледжа |
№ 4 Фильтр квартирный |
№ 5 Открытый источник, Парк им. Павлова |
№ 6 Бутилированная |
№ 7 Дистиллирован- ная вода |
№ 8 Раствор контрольный |
|
|
рН |
6 |
7 |
6 |
5 |
5 |
6 |
5 |
— |
|
Хлориды |
2 |
3 |
3,5 |
1 |
4 |
1 |
0 |
4 |
|
Сульфаты |
1 |
2 |
2 |
1 |
4 |
1 |
0 |
4 |
|
Общая жесткость |
3,5 |
3 |
3 |
1 |
3 |
2 |
0 |
477 |
Вывод по результатам исследований в области учебного предмета «Химия»: в исследованных образцах воды уровень рН, содержание хлоридов, сульфатов, общая жесткость не превышают ПДК, установленные Санитарными нормами и правилами. Лучшие показатели по данным критериям у образцов воды № 1, № 4, № 6. Для питьевых целей безопаснее всего использовать фильтрованную воду и бутилированную воду. Показатели у воды из декоративно-питьевых источников находятся на границе ПДК. Вода из данных источников имела также неприятный запах и была недостаточно прозрачна. Поэтому нежелательно использовать ее для питья.
Исследования могут проводиться учащимися во внеурочное время, на дополнительных занятиях или на занятиях объединений по интересам естественно-математического цикла. К участию приглашаются все желающие. Особый эффект дает привлечение к данной работе учащихся со слабой мотивацией к получению знаний по химии, физике, биологии (недостаточный уровень школьных знаний, «боязнь» сложных предметов, неуверенность в социуме).
Положительный результат дает также групповая работа учащихся по отдельным направлениям, связанным с конкретными учебными предметами, к изучению которых ребята проявляют повышенный интерес.
Данная работа позволяет повышать мотивацию учащихся к изучению общеобразовательных учебных предметов естественно-научного направления, развивать их аналитические способности, формировать умение работать в команде, повышать эффективность владения логическими навыками, готовить учащихся к будущей исследовательской деятельности в рамках изучения учебных предметов профессиональной направленности.
Список использованных источников:
- Постановление Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 19 октября 1999 г. № 46 [Электронный ресурс] : Санитарные правила и нормы 2.1.4. «Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Санитарные правила и нормы СанПиН10-124РБ99» // ЭТАЛОН. Законодательство Республики Беларусь / Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2024.
- Афанасьев, В. В. Основы учебно-исследовательской деятельности. / В. В. Афанасьев, О. В. Грибкова, Л. И. Уколова. – Москва: Юрайт, 2023. — 164 с.
- Ахманов, М. В. Вода, которую мы пьем / М. В. Ахманов. – Москва: Невский проспект, 2002.-192 с
- Бутаков, О. А. Поможет только вода / О. А. Бутакова. – Москва: АСТ, 2016. – 224 с.
- Крицман, В. А. Энциклопедический словарь юного химика. Для среднего и старшего школьного возраста. 2-е издание, исправленное. / В. А. Крицман, В. В. Станцо. — Москва: «Педагогика», 1990. -366 с.