Перечисленные негативные явления, и особенно сообщения об авариях и катастрофах, происходящих на предприятиях химического профиля и при перевозке химической продукции, обусловили возникновение среди широких кругов нашего народа хемофобии - отрицания необходимости химизации промышленности, сельского хозяйства, быта. Хемофобия характерна не только для нашей страны. В большей или меньшей степени ей подвержены все промышленно развитые страны. Однако такие государства, как США, и в особенности Япония, хемофобию уже в значительной степени преодолели. Так количество абитуриентов, желающих поступить на химические факультеты японских университетов, вновь возросло, чего никак нельзя сказать о конкурсе в наши химические и химико-технологические вузы. Понятно, что ключевую роль в борьбе с хемофобией играет химическое просвещение населения, прежде всего молодежи. С другой стороны, для предотвращения негативных экологических последствий химизации народного хозяйства необходим высокий уровень химических знаний инженеров, проектировщиков, экономистов, администраторов и многих других специалисток в области промышленности и сельского хозяйства, имеющих отношение к технологиям, потенциально опасным для среды обитания. Следовательно, решающее значение для развития научно-технического прогресса в нашей стране, напрямую зависящего от химизации, имеет химическое образование [22].

К сожалению, и средняя, и высшая школа оказались неподготовленными к борьбе с хемофобией. Учебники, пособия, методическая литература практически полностью игнорируют возникшие трудности. Химико-экологические проблемы, сопровождающие развитие народного хозяйства в нашей стране, в школьно-методической литературе попросту не рассматриваются. Авторы обычно ограничиваются предупреждением, что социалистическая система хозяйствования, в отличии от капиталистической, обеспечивает полный успех в деле охраны природы и подтверждают это ссылками на принятые директивными органами постановления (чаще всего невыполненные) и отдельные удачные технические решения (но большей части оставшиеся на уровне эксперимента). Знаменательно', что проблема хемофобии не нашла отражения и в текстах учебников химии, занявших призовые места па конкурсе на лучший учебник.

Для того, чтобы понять основные причины сложившегося положения, рассмотрим далее три вопроса:

1. Каков вклад химической промышленности в загрязнение природы?

2. В чем причины в неблагоприятной экологической ситуации?

3. Какие меры необходимо предпринять для совершенствования химического просвещения молодежи?

Прежде всего, необходимо твердо заявить, что наше государство принимает серьезные меры но защите природы от загрязнения. Постоянно строятся новые и реконструируются старые очистные сооружения. Еще на стадии проектирования новые производства проходят экологическую экспертизу, причем, чем вреднее производство, тем эта экспертиза тщательнее. Так, например, предприятия атомной промышленности обычно не вызывают никаких нареканий в плане загрязнения природы радиоактивными веществами. На охрану окружающей среды ежегодно затрачиваются в общей сложности десятки миллиардов рублей.

Несмотря па принимаемые меры, загрязнения водного и воздушного бассейнов весьма значительны. На Всесоюзной конференции по охране природы, проведенной ЦП ВХО им. д.и. Менделеева осенью 1988 г. в г. Самарканде, были обнародованы следующие данные: общее количество газовых выбросов в нашей стране составляет 63млн т/г., водных - 20 млрд м³/г.

Анализ данных показывает, что предприятия химико-лесного комплекса, вместе взятые, загрязняют воздух меньше, чем заводы черной металлургии, и много меньше, чем тепловые электростанции. Так же обстоит дело и с выбросами в водоемы: из общих 20 млрд м³ сточных вод на долю химико-лесного комплекса приходится только 10% - 2 млрд м³ . Конечно, необходимо учитывать, что «букет» загрязнений, который поставляют химики, существенно больше, чем «букет» металлургов и энергетиков. Однако для непредвзятого человека ясно, что борьба за чистоту природы связана с повышением культуры энергетических и металлургических производств в большей мере, чем химических.

На «антихимических» митингах и даже в теле- и радиопередачах можно услышать, что химическая индустрия отравляет природу высоко токсичными соединениями, которых не производит пи один другой вид промышленности. Этот тезис справедлив только отчасти. Так. тепловые электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу не только СО, как думает большинство «борцов с химией». Угольные пласты в земных недрах сорбируют из природных вод широкий набор микроэлементов, который при сгорании угля в топках превращается в смесь высокодисперсных токсичных оксидов.

Например, циркония в дымовых газах угольных электростанций содержится в 140 раз больше, чем его ежегодно добывают. Сорбция углем радиоактивных элементов приводит к тому, что работающая на угле тепловая электростанция загрязняет окружающую среду радионуклидами несравненно сильнее, чем нормально работающая АЭС той же мощности. Такой страшный яд, как тетрахлордиоксин. получается в качестве продукта неполного сгорания отработанных изделий из поливинилхлорида (ПВХ), линолеума. Сжигание изделий из ПВХ можно наблюдать в повседневной жизни, в частности, на садовых участках.

Увы, не безгрешны и наиболее «чистые» в экологическом отношении ТЭС, работающие на природном газе. Эти станции загрязняют атмосферу сернистым ангидридом, образующимся из сероводорода и меркаптанов, содержащихся в природном газе, и оксидами азота - продуктами высокотемпературного окисления азота воздуха. (Вспомним, что чем выше температура нагревателя, чем больше к. п. д. тепловой машины.)

Тепловые электростанции, работающие на мазуте, выбрасывают в атмосферу, помимо сернистого ангидрида (из нефтяных меркаптанов и сульфидов) и оксидов азота, оксиды тяжелых металлов, в первую очередь никеля и ванадии. Таким образом, производство электроэнергии на тепловых электростанциях сопряжено с интенсивным загрязнением природной среды. В настоящее время единственной альтернативой ТЭС являются атомные станции, работа которых не сопровождается образованием каких бы то ни было химических отходов, включая СО2. Последнее обстоятельство очень важно, поскольку концентрация углекислого газа в атмосфере неуклонно растет, обусловливая парниковый эффект, повышающий температуру планеты. Экологическая чистота АЭС - одна из причин того, что во МНОГИХ развитых странах (Франция, Япония) взят курс на преимущественно е развитие ядерной энергетики.

Понятно, что приведенные выше соображения справедливы только для нормально работающих АЭС. В случае аварии на АЭС последствия могут оказаться непредсказуемыми. К сожалению, исключить возможность аварии на 100 % нельзя. Для предотвращения радиоактивного заражения местности, если авария все-таки произойдет, акад. А. Д. Сахаров предложил строить новые АЭС под землей, Естественно, такой способ строительства существенно дороже традиционного.

Второе место после энергетиков по загрязнению атмосферы занимают металлурги. Заводы черной и цветной металлургии выбрасывают в воздух громадные количества сернистого ангидрида, угарного газа и пылевидных оксидов. Главными поставщиками этих загрязнений являются доменный и мартеновский процессы, а также обжиг сульфидных руд цветных металлов. Для уменьшения выбросов проводятся работы но интенсификации пылеулавливания и утилизации сернистого ангидрида.

Весьма значительный вклад в загрязнение атмосферы вносит автомобильный транспорт. Из-за неполного сгорания бензина и карбюраторных двигателях внутреннего сгорания автомашины выбрасывают в воздух большое количество моно оксида углерода и полициклических ароматических углеводородов. Дизельные грузовики и автобусы добавляют к атмосферу сажевый аэрозоль, частицы которого адсорбируют полициклические углеводороды, становясь за счет этого опасным фактором загрязнения воздуха. Напомним также о токсичных выбросах галогенидов свинца, которые оседают вдоль автомагистралей вследствие широкого использования в нашей стране этилированного бензина.

Подобным образом можно рассмотреть все источники загрязнения среды обитания. Такой анализ показывает, что в качестве загрязнителей всегда выступают те или иные химические соединения. Однако в подавляющем большинстве случаев поставщиком загрязнении является не химическая промышленность, а самые разные технологические процессы, в том числе сельскохозяйственное производство, транспорт, машиностроение и практически все другие отрасли народного хозяйства [23].

В чем же кроются причины тяжелой экологической ситуации, сложившейся в нашей стране? Их можно разделить на три группы.

Главная причина - экономические трудности. Высокая стоимость очистных сооружений и других средств охраны природы, достигающая иногда 30 % общих капиталовложений, зачастую вынуждает хозяйственных руководителей «экономить на природе» при строительстве новых производств. Ведь завод будет давать продукцию независимо от того, построены очистные сооружения или нет. Более того, в последнем случае продукция будет получена дешевле и быстрее. Понятно, что такая погоня за сиюминутной выгодой оборачивается в дальнейшем огромными убытками. Как говорят, скупой платит дважды.

Известно, что многие наши производства были построены в годы первых пятилеток и во время войны, когда проблемой охраны природы никто не занимался. Однако реконструкция обычно связана с остановкой предприятия на довольно длительный срок, которая иногда приводит к тому, что народное хозяйство в течение этою срока не получает необходимой продукции, что тормозит ввод в строй новою экологически безопасного производства. Научно-технические трудности также играют не последнюю роль.

Разработка эффективных методов защиты природной среды часто представляет собой весьма сложную научно-техническую задачу, в особенности это касается химических производств. Прежде всего, надо иметь в виду, что лишь незначительная доля используемых в промышленности химических реакции протекает с количественным выходом и со 100 %-ной селективностью. В подавляющем большинстве случаев наряду с целевым продуктом образуется целая гамма побочных продуктов, утилизировать которые достаточно сложно. Достижение абсолютной безотходности производства обычно невозможно, т. к. для этого требуется бесконечно большая сумма капиталовложений. Поэтому на практике устанавливают некоторый допустимый уровень загрязнений, которому соответствует вполне разумный уровень затрат, необходимых для поддержания концентрации вредных выбросов производств в указанных пределах.

Рассмотрим несколько конкретных примеров, демонстрирующих сложность проблемы обезвреживания отходов.

Из 63 млн т/г. газообразных выбросов примерно 60 % составляют органические вещества (пары растворителей, мономеров, горюче-смазочных материалов) и монооксид углерода. Экономические расчеты показывают, что в тех случаях, когда указанные токсиканты сильно разбавлены воздухом (а таких случаев большинство), их выгоднее всего сжигать, хотя, казалось бы, сорбционная очистка газов от органических примесей предпочтительнее. Однако и процесс сжигания далеко не прост: концентрация органических веществ в вентиляционных выбросах слишком мала для того, чтобы они трели самостоятельно. Приходится использовать каталитический реактор, в котором постоянно окисляется специально подаваемый природный газ и направляемые вентиляционные выбросы очищаются от органических веществ и СО. Таким образом, для решения этой относительно несложной задачи пришлось разработать конструкцию реактора, подобрать эффективный катализатор, оптимизировать кинетические и макрокинетические параметры процесса, а также учесть постоянный и довольно значительный расход природного газа.

Много неприятностей, включая кислотные дожди, доставляет сернистый газ, образующийся при обжиге сульфидов металлов и содержащийся в дымовых газах заводов цветной металлургии. Во многих учебных пособиях можно прочесть, что способ его утилизации состоит в окислении сернистого ангидрида до серного с последующим получением серной кислоты. Этот пример обычно приводят в качестве удачного сочетания двух производств. Однако на практике и здесь возникают препятствия: контактное окисление сернистого газа эффективно протекает только при значительной концентрации его в газовой смеси и при отсутствии каталитических ядов. В то же время дымовые газы содержат относительно небольшую долю сернистого ангидрида (при колоссальных объемах выбросов) и включают широкий набор веществ, отравляющих катализаторы окисления. Здесь могло бы помочь применение озона в качестве окислителя, но он очень дорог. Поэтому до настоящего времени заводы цветной металлургии значительную часть дымовых газов выбрасывают в атмосферу. Чтобы уменьшить эффект локального воздействия сернистого ангидрида на природу, на таких заводах построены очень высокие дымовые трубы. Вредные вещества при этом, разумеется, не утилизируются, а распределяются по большей территории. Локальная концентрация их понижается, но суммарное-то количество не уменьшается и кислотных дождей не становится меньше. Недаром среди специалистов бытует поговорка: «чем выше трубы, тем ниже культура производства».

Выхлопные газы автомобилей могут быть очищены от монооксида углерода, оксидов азота, пол и циклических ароматических углеводородов с помощью гак называемых каталитических нейтрализаторов, представляющих собой трубчатый реактор с керамической насадкой, содержащей катализатор. Этот реактор, близкий по размерам к глушителю, устанавливают на линии выхлопа. Главная трудность, ограничивающая широкое применение каталитических нейтрализаторов в развитых странах, состоит в их высокой стоимости, достигающей 20 % от стоимости легкового автомобиля. Это не удивительно, т. к. В качестве катализатора используют благородные металлы. Тем не менее, в ряде зарубежных стран запрещена продажа автомобилей, не укомплектованных такими нейтрализаторами.

В нашей стране имеются специфические трудности, из-за которых применение нейтрализаторов не возможно по крайней мере в ближайшее десятилетие. Помимо острого дефицита благородных металлов, к этим сложностям относится применение этилированного бензина. Содержащийся в выхлопе свинец быстро и необратимо отравляет катализаторы. Избавиться же от использования свинцовых антидетонаторов мы не можем, т. к. без них нефтеперерабатывающая промышленность не способна обеспечить производство бензинов с требуемым для современных двигателей октановым числом. Также следует упомянуть о необходимости точно регулировать систему зажигания у автомобилей, снабженных каталитическими нейтрализаторами. В противном случае горючая смесь проскакивает на катализатор и возникает пожар. Опытная эксплуатация нескольких автомобилей с нейтрализаторами выявила тупиковую ситуацию в отношении возможности их применения в наших условиях.

Здесь уместно отметить, что широко распространенная в учебной и методической литературе негативная оценка природоохранной деятельности администрации развитых капиталистических государств далеко не всегда соответствует действительности. Так, из книги в книгу кочует рассказ о том, как токийские полицейские-регулировщики вынуждены спасаться от смога в специальных будках, снабженных кислородными баллонами.

На самом же деле в результате использования автомобильных каталитических нейтрализаторов Токио стал одним из наиболее чистых в экологическом отношении крупных городов Земли. Разумеется, и перед капиталистическими странами стоит множество нерешенных пока экологических проблем, но в некоторых вопросах нам следует перенять уже имеющийся положительный опыт.

Наконец, третья причина - это очень низкий уровень химических знаний и общей культуры. Понятно, что для сбережения природы необходимо, чтобы каждый человек, каждый работник, соприкасающийся с промышленным или сельскохозяйственным производством, во-первых, был грамотен экологически и, во-вторых, обладал должным уровнем нравственной культуры. К сожалению, пока мы не имеем ни первого, ни второго. Существенно, что это касается всех ступеней профессиональной подготовки. Достаточно типичны ситуации, когда, например, матрос выливает в море ведро солярового масла, а капитан спускает в порту балластные воды танкера; механизатор ставит свой трактор для мытья в речку, а совхозный инженер направляет стоки откормочного комплекса в водохранилище; аппаратчик химического завода не выполняет предписанный технологический режим, а главный технолог, пользуясь тем, что ночью не работает санитарная служба, дает распоряжение слить отходы в реку.

Часто в пылу горячих дискуссий, свойственных нашему переломному времени, можно услышать, что химия - безнравственная область человеческой деятельности. Это не так: химия, как и любая другая естественно-научная дисциплина, сама по себе не имеет отношения к нравственности. Нравственны или безнравственны люди, занимающиеся этой наукой. Бессмысленно говорить, например, о нравственности органической химии, органического синтеза. Но химик-технолог, планирующий промышленный способ получения того или иного продукта, должен выбрать метод, обеспечивающий наименьший урон окружающей среде. Только в этом случае его можно назвать нравственным человеком.

Таким образом, в экологических бедах человечества виновата не химия, а люди, плохо ее знающие. В возникших условиях задачи повышения химической грамотности общества, привития необходимой химической культуры становятся исключительно важными.

Повышение химической грамотности молодежи должна обеспечить общеобразовательная школа. Улучшение химической подготовки в школе требует безотлагательного решения ряда важных проблем. Первая и наиболее неотложная из них - серьезный пере смотр содержания школьного курса химии, и прежде всего - определение тою базового запаса знаний, представлений и навыков, который необходим каждому культурному человеку, независимо от специальности. Существующий курс химии в общеобразовательной школе нацелен в основном па подготовку к поступлению в вуз и мало увязан с повседневной жизнью, с проблемами, возникающими в обществе, слабо ориентирован на анализ и методы решения проблем экологии 24].

Недостатки существующего школьного курса химии необходимо устранить при разработке новых программ по химии для общеобразовательной школы. Для повышения интереса к химии целесообразно предусмотреть в них приобретение навыков, которые можно было бы использовать в реальной жизни (например, выполнять анализы по содержанию нитратов в консервах и сельскохозяйственных продуктах, анализы соков, конфет и других продуктов на содержание красителей и т.д.).

В существующем школьном курсе химии основной акцент сделан па изучение вещества и гораздо меньше - химических процессов. Усиление внимания к химическим процессам позволит естественным образом увязать важнейшие разделы химии с проблемами, возникающими в обществе (экологическими, энергетическими, продовольственными), сделать их более предметными и конкретными, ввести учащихся в мир проблем современной химической технологии. Скажем, такие разделы, как «Термохимия» и «Строение атома», могут быть тесно состыкованы с вопросами обеспечении потребности в энергии, различными видами энергетических ресурсов; их сравнительным анализом. Разделы «Основания и кислоты». «Растворы электролитов и электролитическая диссоциация» могут включать изучение роли химии в охране окружающей среды, методов утилизации воды, воздуха и солей. Подобных примеров можно привести очень много. Следует подчеркнуть, что в современных условиях программа школьного курса химии должна базироваться на новых принципах - на изучении связи основных химических понятий и законов с проблемами, возникающими в науке, технологии, обществе; на усилении внимания к химическим процессам.

В связи с этим может оказаться полезным опыт, накопленный в других странах. Построенные по новым принципам программы курса химии для общеобразовательной школы и нехимических специальностей колледжей уже появились в ряде стран (так называемая SТS-концепция).

Пример подобной программы был приведен на Х Международной конференции по химическому образованию в 1989 г.

Для усиления интереса к химии и выработки необходимых навыков целесообразно значительно увеличить время, отводимое на выполнение химических экспериментов, т. е. на работу в лаборатории, поскольку эксперимент вносит дополнительную мотивацию к обучению, придает ему более творческий характер. Однако и здесь требуется тщательный пересмотр выполняемых лабораторных заданий, устранение работ, не способствующих развитию интереса к химической пауке, не несущих педагогической нагрузки. Вероятно, следует шире использовать в школьной практике продукцию бытовой химии, с которой учащиеся имеют дело в быту. Следует еще раз подчеркнуть, что приобретаемые в лаборатории навыки должны представлять интерес в плане применения их в повседневной жизни.

В этом случае химическое образование в средней школе может заложить основы экологических знаний, способствовать выработке экологически грамотного безопасного поведения, преодолению характерных для нашего времени иррациональных крайностей сознания, от мистических предрассудков до неконструктивной хемофобии. Чтобы обеспечить рациональное поведение, а во многих случаях и элементарную безопасность (свою и окружающих), предотвратить ущерб, наносимый природе, необходимо формирование у школьника, совершенно определенной системы взглядов и навыков, которая должна основываться на содержании базового курса химии средней школы [25].

Назрела необходимость определенной деидеологизации школьной химии, освобождения се от несвойственных естественным наукам задач. Увлечение идеологическими задачами приводит к тому, что преподаватели оказываются вынуждены использовать в своей работе избыточный объем историк о-химической информации и текущих директивных документов, что подчас вытесняет из школы химию как таковую.

Необходимо существенно повысить, уровень требований к знаниям учащихся. Выпускник средней школы, даже имеющий «тройку» но химии, обязан обладать твердыми и уверенными знаниями базового минимума. Итоговый и промежуточный контроль знаний должен проводиться в письменной форме. Следующая проблема, непосредственно связанная с предыдущей, содержание профилированной (специализированной) подготовки по химии. Эта подготовка должна обеспечить возможность каждому учащемуся полностью удовлетворять свой интерес к предмету, выйти за рамки обязательной для всех базовой программы. Профилированная школа может способствовать развитию химического мышления, привить навыки выполнения основных химических операций, профессионально ориентировать школьников.

В связи с широким использованием химических методов в самых различных областях техники, глубокие знания по химии нужны для многих специалистов - биологов, электронщиков, медиков, металлургов. Обеспечение углубленных знаний по химии для части (но весьма значительной) школьников и должна осуществлять специализированная школа.

Для решения двух отмеченных выше задач - обеспечение базовых знаний по химии у всех выпускников школ и углубленных знаний у части из них необходимы значительное улучшение материальной базы школы, улучшение обеспечения химической посудой, реактивами и всеми нужными приборами. Сегодня сама школа решить эту проблему не в состоянии. Она может быть решена путем объединения усилий школ, вузов, исследовательских институтов и предприятий химического профиля.

Однако еще остаются невыясненными многие вопросы, которые могу быть решены в рамках подобных комплексов. Во-первых, про грамма обучения в комплексах должна быть составлена таким образом, чтобы исключить возможные повторы, перенести часть материала для изучения из вузовских программ в школьные. Отбор информации для включения в программу обучения в комплексе школа - вуз представляет очень важную задачу, которую еще предстоит решить. Имеющиеся программы и учебные планы комплекса пока не учитывают этого. Во-вторых, обучение на младших курсах вуза также должно быть построено с учетом подготовки в комплексе, т. е. студенты, поступившие в вуз из школы и из комплекса, должны обучаться раздельно, по различным планам и про граммам. Вероятно, целесообразно разработать учебные планы комплексов школа - вуз (техникум - вуз), принимая во внимание довузовскую химическую подготовку.

Решение этих и ряда других проблем химического образования неразрывно связано с повышением уровня подготовки учителей химии, сейчас явно недостаточного. Учителей химии выпускают около 100 педагогических вузов, многие из которых не обладают необходимыми кадрами, ресурсной и приборной базой. Программы их подготовки по существу являются несколько урезанными программами соответствующих дисциплин и лабораторных практикумов университетских курсов для химиков-исследователей. Программа подготовки учителей химии требует переработки, т. к. необходимы принципиальные изменения в содержании и методах химического образования.

Свой вклад в комплектование учительскою корпуса должны внести и университеты. Подготовка химиков-исследователей по специальности 2018 «Химия» проводится в 58 университетах с общим планом приема около 6000 человек (эта цифра превышает нынешние потребности страны). Значительная часть из них в силу отсталости материальной базы не может готовить полноценные кадры для научно-исследовательской работы. В то же время многие университеты имеют квалифицированный состав преподавателей и могут способствовать общекультурному развитию студентов, необходимому для подготовки квалифицированных учителей. - Если усилить подготовку выпускников этих университетов по педагогике и психологии, то они могли бы значительно пополнить кадры учителей химии. Раньше объем химических знаний менялся не очень быстро, и существующая система подготовки удовлетворила запросам практики. Новые знания находили свое отражение в про граммах, и система образования позволяла вносить необходимые изменения в содержание обучения. Но за последние 25 лет произошел стремительный рост объема химической информации. Это привело к глубокой дифференциации науки, порождая узкую специализацию в образовании. На границах химии с физикой, биологией, геологией появилось множество научных направлений, которые не вписывались в традиционную схему преподавания. Дифференциация науки привела к неоправданному дроблению специальностей, увеличению их числа, что отрицательно сказалось на общенаучной и профессиональной подготовке химиков-исследователей и химиков-технологов. В современных условиях, когда номенклатура выпускаемых веществ стала быстро изменяться, обучение конкретным технологиям во многих случаях оказалось малоэффективным. Опыт высших школ показывает, что основная тенденция в развитии высшего образования - это обеспечение широкого профиля подготовки. Следует отметить, что на долю химико-технологических вузов из плана общего приема приходится в среднем 40,8 %, на крупные политехнические вузы, имеющие сильные научные школы,- 28,5%, на специализированные планы 5,2 %. Остальная часть приема (30 %) приходится на долю вузов, в которых химические специальности не являются основными и не всегда достаточно обеспечены кадрами преподавателей и материальными возможностями.

Анализ учебных программ, принятых в последние 15 лет, показывает, что включение в них нового материала происходило постоянно, но при этом ничего не исключалось. Это привело к значительной аудиторной перегрузке студентов. В то же время стремительное обновление знаний, быстрые изменения в производстве сделали бессмысленной ставку на запоминание материала и, как следствие, изменили цели образования. Основной задачей образования стало не получение определенной суммы знаний, а развитие химического и инженерного мышления, навыков самостоятельного освоения и анализа новых сведений, умения строить научные гипотезы. Отмеченные изменения требуют и трансформирования характера учебного процесса в вузе. В современных условиях надо делать акцент не на информативность, а на методологию, так, чтобы и студент еще в вузе приучался к самостоятельному получению информации и решению научных и технических задач. Добиться такого изменения характера учебного процесса можно только высвободив значительное время для организации самостоятельной работы студентов. Следует отмстить, что по этому пути идет развитие высшего образования в ряде стран (США, Канада, Япония, Франция). Сравнение динамики учебных планов химических вузов и аналогичных университетов США за последние 30 лет показывает, что в то время, как в США произошло существенное уменьшение аудиторной нагрузки, у нас она изменилась мало и остается заметно выше, чем в американских вузах (26-28 ч в неделю против 19 - 22 ч). Кроме того, в США произошло заметное увеличение доли самостоятельной работы студентов, и она стала основной формой получения знаний.

При примерно одинаковой суммарной недельной нагрузке студентов, равной 50-55 ч, в вузах США доля самостоятельной работы составляет 58 %, а у нас - 39 %. Необходимость серьезного увеличения доли самостоятельной работы студентов представляет одну из важнейших задач к перестройке химико-технологического образования.

Однако эта мера усиления учебной работы студентов практически не требующая никаких материальных затрат, встречает' наибольшее противодействие со стороны преподавателей вузов, которые видят в этом ущемлений личных амбиций и привычного диктата. Убедить преподавателя в необходимости сокращения учебного материала, устранения описательного и второстепенного материала с одновременным выделением ключевых вопросов - очень трудно.

Практика мировой высшей школы показывает, что это - генеральный путь развития вузовского образования, обеспечивающий фундаментализацию общенаучного и общетехнического образования и индивидуализацию обучения с учетом конкретной деятельности. Другого пути в условиях стремительно развивающегося научно-технического прогресса, быстрого роста объема информации просто нет. Характер современного химического производства требует существенной индивидуализации образования. Задачи, которые приходится решать инженеру, сильно различаются в зависимости от конкретного места работы даже в рамках одной специальности и специализации. Например, вопросы, связанные с безопасной эксплуатацией химического оборудования, с предотвращением возможной аварии на химическом производстве, как показал опыт недавнего прошлого, имеют исключительно важное значение для инженеров, работающих на производстве. В то же время для проектировщиков и исследователей крайне важны вопросы экологической безопасности, рационального использования сырья и водных ресурсов и т. д. Иными словами, подготовка инженеров-химиков должна быть я значительной мере ориентирована на характер их будущей деятельности, а следовательно, индивидуализирована. Существующие учебные планы не позволяют в должной мере целенаправленно готовить студента для конкретной сферы деятельности. Даже в новых типовых планах, принятых в 1988 г., в которых Совету вуза оставлен значительный резерв времени, где студенты данной специальности по-прежнему изучают одинаковый набор фундаментальных и специальных дисциплин, отсутствует альтернатива в изучаемых дисциплинах, а доля курсового выбора очень мала (примерно 3 % общею времени обучения).

В ряде стран принят другой метод построения учебных планов, предусматривающий включение в план широкого набора дисциплин по выбору. Например, в вузах США па долю курсов по выбору приходится 600/0 общего учебного времени, т. е. они становятся основой системы обучения, что делает ее очень гибкой. Таким образом, каждый студент получает возможность строить свой собственный учебный план на основе сочетания обязательных дисциплин и курсов по выбору с учетом своих интересов и характера будущей работы.

Новый учебный план предполагает недельную аудиторную нагрузку студента в 28 (24) ч и суммарную нагрузку - 54 ч в неделю. Он содержит 3 группы дисциплин:

1. Обязательные для всех дисциплины (общественно-гуманитарные, естественнонаучные, инженерно-химические).

2. Дисциплины ограниченного выбора, определяемые специальностью. Сюда входят собственно курсы специальности и специализации, а также дополнительные фундаментальные и инженерные дисциплины, определяемые профилем подготовки. Они выбираются специальной кафедрой.

3. Дисциплины неограниченного выбора - любые из предлагаемого перечня, которые выбирает студент с учетом рекомендации специальной кафедры.

Таким образом, предлагаемый план позволяет очень сильно индивидуализировать обучение в зависимости от профиля (характера) будущей работы, специальности, специализации и интересов студента. Новый учебный план предполагает также значительное сокращение числа экзаменов, что, однако, требует изменения системы контроля знаний.

Существующая система контроля знаний базируется на экзаменационных оценках. Успехи (или неуспехи) студента в процессе учебы и на этапах промежуточного контроля оказывают очень малое влияние на результат экзамена. С введением нового учебного плана будет изменена система оценки знаний. Итоговая оценка по дисциплине выставляется по индивидуальному рейтингу студента, который складывается из результатов выполнения индивидуальных заданий, курсовых работ и лабораторного практикума, а также сдачи экзамена. Вклад экзамена в рейтинг не превышает 40 % от максимального значения; это позволяет исключить практикуемое обычно студентами изучение дисциплины только в период подготовки к экзаменам, когда они получают высокие оценки, а затем быстро забывают приобретенные таким образом знания.

Вся мировая высшая школа в течение последних десяти лет широко использует вычислительную технику в учебном процессе. Это связано прежде всего с развитием микропроцессорной техники и широким набором персональных компьютеров. По существу, персональный компьютер стал непременной частью учебного процесса, орудием повседневной деятельности инженера и исследователя. Для чего нужен компьютер в вузе?

1. При наличии соответствующих обучающих программ компьютер избавляет преподавателя от большой части рутинной работы по решению типовых задач, проверки знаний, определений и т. д. С другой стороны, он позволяет студенту самостоятельно изучить некоторые разделы и проверить свои знания.

2. Позволяет студенту облегчить утомительную работу по построению различных графиков, составлению отчетов по лабораторным работам и проектам. При наличии систем автоматизированного проектирования сильно облегчает выполнение чертежей и схем.

3. Позволяет быстро найти необходимую информацию, а также выполнить все вычисления, которые встречаются в исследовательской деятельности.

В соответствии с изложенным выше в ряде вузов страны проводятся работы по созданию обучающих программ по основным химическим дисциплинам ( «Неорганическая химия», «Органическая химия», «Аналитическая химия»,. «Физическая и коллоидная химия»), а также ряду химических специальных дисциплин («Биотехнология» и «Химия ВМС»). В связи с этим возникает необходимость существенного изменения изучения вычислительной техники в вузе. Необходимо не только обучить студентов выполнению, расчетов (как это делается сейчас), а научить их работать с современными пакетами программ, в частности текстовыми и графическими редакторами, пользоваться. базами данных, составлять свою собственную электронную картотеку и др. Этого пока не учитывают существующие программы курсов.

Для повышения химической грамотности общества требуется и значительное изменение содержания обучения в системе повышения квалификации, существующие формы которой, организация и содержание обучения уже не отвечают современным требованиям. Система повышения квалификации действует в основном в рамках организационных структур, сложившихся в 60-е гг. Это - различные факультеты повышения квалификации и переподготовки кадров. Структура их сформировалась на основе концепции ликвидации дефицита кадров по перспективным направлениям с целью создания кадрового запаса для новых технологических процессов. Однако в большинстве случаев при повышении квалификации и переподготовке наблюдается акцент на решение текущих вопросов предприятий и институтов. Анализ ситуации на местах выявляет, что и на ближайшее время приоритет отдается сиюминутным задачам модернизации и ликвидации узких мест в производстве, т. е. существующие программы не отвечают интересам обучающихся. Статистика показывает, что лишь небольшая часть выпускников химических вузов и факультетов в силу социально-демографических факторов закрепляется на производстве по месту распределения. Поэтому на предприятиях начинают использовать местных жителей, даже если их базовое образование не соответствует профилю работы, т. е. зачастую речь идет по существу об обучении новой специальности, а не о повышении квалификации в рамках полученной в вузе. Эти различные задачи обучения требуют, принципиально разной организации учебного процесса и соответственно разного набора дисциплин, что не учитывается существующими учебными планами. Иными словами, необходима значительная индивидуализация обучения на факультетах повышения квалификации.

Существует целый ряд химических проблем, которые имеют значение и для нехимических отраслей, например: новые источники энергии, новые материалы, физико-химические методы обработки, проблемы экологии. Однако до сих пор им уделяется явно недостаточное внимание практически во всей системе повышения квалификации.

Наконец, нужно сказать еще об одной очень важной проблеме, связанной с химическим образованием, с повышением уровня химических знаний в обществе. Речь идет о хорошо поставленной пропаганде достижений химии и химической технологии среди широких слоев населения, без которой невозможно изменить сложившее сегодня негативное отношение к химии. Для этой цели необходимо привлечь самые различные средства -телевидение радио, печатные издания. В качестве примера можно сослаться па опыт США, где для химической пропаганды с участием крупнейших ученых создан и демонстрируется по телевидению тридцатишестичасовой курс «Мир химии». Для пропаганды достижений химии и для ознакомления с новыми материалами необходимо использовать самые разнообразные выставки товаров народного потреблении, в том числе и те, которые устраиваются в крупных торговых центрах. Химические выставки можно проводить во время различных конференций, привлекая к ним внимание населения.

Задача повышения химической грамотности общества по масштабам важности, значимости последствий затрагивает интересы всей страны и может быть решена только объединенными усилиями работников. народного образования, высшей школы, отраслевых и академических институтов.

Пестициды и охрана окружающей среды

В течение многих веков развития цивилизации главным критерием совершенствования промышленного и сельскохозяйственного производства являлась экономическая выгода, а различные отходы промышленности и сельского хозяйства выпадали из сферы интересов человечества. Отходы выбрасывались в реки, моря, океаны и накапливались на свалках. Это привело к серьезному нарушению биологического равновесия и в ряде случаев к практически полной гибели в некоторых районах земного шара различных живых организмов. Особенно бурное развитие промышленности в период научно-технического прогресса поставило вопрос об охране окружающей среды. В упрощенном виде под окружающей средой (или внешней средой) представляют земную кору с биосферой и космическим пространством, окружающем земной шар и воздействующем на жизненные процессы. В состав биосферы входят все живые организмы, включая животных, микроорганизмы, растения, а также остатки этих организмов, умерших и проходящих различные стадии разложения и превращения в простейшие органические и неорганические соединения. Сюда же относят все сочетания живого и неживого (атмосфера, гидросфера и почва).

В связи с большими загрязнениями от хозяйственной деятельности человека, в наше время серьезно поставлен вопрос об охране окружающей среды [26,27] .

О масштабах и характере загрязнений окружающей среды можно судить хотя бы по таким примерам: ежегодно только от сжигания угля в атмосферу попадает 3000 т ртути, а всего с учетом отходов химических и металлургических предприятий в окружающую среду попадает [28,29] около 10000 т/г. ртути; в 1970 г. в атмосферу над США попало [30] около 170 млн.т различных веществ, а от автомобильного транспорта ежегодно в окружающую среду попадают многие десятки тысяч тонн свинца [31,32].

В последнее время уделяется серьезное внимание изучению загрязнения объектов окружающей среды полихлордифенилами, получившими достаточно широкое применение в качестве пластификаторов, для производства трансформаторов и конденсаторов. Полихлордифенилы способны накапливаться в различных животных, рыбах, птицах и растениях и обладают довольно высокой токсичностью для человека и животных. Так, в рыбе, выловленной в реке Гудзон, содержание полихлордифенилов достигало [33] 350 мг/кг, а в 1974 г. в рыбе Балтийского моря обнаруживалось содержание полихлордифенилов 9,7 мг/кг. Содержание полихлордифенилов обнаружено даже в бройлерах, [34] моркови и в ряде других продуктов. Хотя полихлордифенилы и способны к постепенному метаболизму с образованием гидроксильных производных, этот процесс протекает значительно медленнее, чем для большинства хлороорганических инсектицидов [35] и их метаболитов в присутствии полихлордифенилов возрастает [36,37].

Несмотря на то, что хлороорганические пестициды имеют ряд существенных недостатков, важнейшим из которых является высокая персистентность в объектах окружающей среды, применение их в различных странах продолжается до настоящего времени. В связи с этим продолжается интенсивное изучение поведения различных групп хлороорганических препаратов в различных объектах окружающей среды.

В первую очередь ведется интенсивное изучение поведения ДДТ и его метаболитов [38], аналогов ДДТ [39], мирекса, кепона, эндрина, дильдрина и гептахлора, гексахлорциклогексана [40], токсафена [41], гексахлорбензола, гексахлорофена [42], эндосульфана [43] и др.

Продолжается изучение распространения ДДТ в окружающей среде и действия его на различные виды живых организмов и его биодеградация, в том числе в культуре ткани человека. Установлено, что под влиянием микроорганизмов и в организме теплокровных животных происходит не только дегидрохлорирование и дехлорирование молекулы ДДТ, но и гидроксилирование ароматического ядра. В продуктах метаболизма обнаружены 2-окси и 3-окси -4',4''-дихлордифенилдихлорэтилены и некоторые другие продукты гидроксилирования ароматического ядра.

Интересно отметить, что с упорядочением условий применения хлороорганических пестицидов сократилось их содержание в ежедневной диете человека.

Однако в некоторых странах Южной Америки содержание хлороорганических препаратов в пище достаточно велико, о чем свидетельствует их содержание в женском молоке. При анализе 2900 проб женского молока обнаружено 0,003-5,686 мг/кг молока, а в среднем 0,387 мг/кг, что может представлять определенную опасность для детей. В количествах 0,002-0,012 мг/кг обнаружен гексахлорциклогексан и ДДТ в некоторых продуктах питания в 1973-1975 гг.

Интересно отметить, что метоксихлор и ряд других аналогов ДДТ легче метаболизируют в организме животных и не накапливаются в молоке и жире [39].

Метоксихлор, в отличие от ДДТ, практически не накапливается в подкожном жире и легко выводится из организма животных в виде хорошо растворимых в воде соединений.

Аналогичная картина наблюдается в случае перехода в молоко коров метоксихлора при систематическом поедании его с кормом. Это показывает, что многие аналоги ДДТ могут быть успешно использованы в сельском хозяйстве без ущерба для животных и человека. В данном случае вопрос сводится к разработке простых и экономичных способов их промышленного производства.

В последние годы в связи с накоплением в объектах окружающей среды гексахлорбензола проводятся систематические исследования по его биоконцентрации в рыбе, в воде и почве, в организме животных, а также по его метаболизму. В продуктах метаболизма обнаружены: пентахлорбензол, пентахлорфенол, 2,3,4,6-тетрахлорфенол, 2,3,4,5-тетрахлорбензол, 2,3,4- и 2,4,6-трихлорфенолы, а при фотолизе в метаноле - пентахлорбензиловый спирт и ряд других продуктов.

Большое значение представляют исследования по биоконцентрации изомеров гексахлорциклогексана, в результате которых установлено, что наиболее стабилен в-изомер, который найден в жире человека и в молоке. В связи с этим в сельском хозяйстве целесообразно использование только г-гексахлорциклогексана (линдана), обладающего наименьшей стабильностью и почти не накапливающегося в окружающей среде. Серьезное внимание в последние годы уделяется вопросу накопления и миграции в окружающей среде соединений мышьяка и ртути [44,45]. Как установлено, соединения мышьяка обладают канцерогенным действием на человека, а соединения ртути способны концентрироваться в водных организмах, что нередко приводит к гибели рыбы. В настоящее время содержание ртути в ряде морских и пресноводных рыб значительно превышает установленный ВОЗ допустимый уровень. В связи с этим разрабатываются мероприятия по сокращению использования ртути в промышленности и в сельском хозяйстве. По экспериментальным данным польских исследователей, использование ртутных протравителей семян практически не сказывается на общем уровне содержания ртути в почве. По данным этих исследователей, систематическое использование в течении 12 лет пестицидов в севообороте не отражается на флоре и фауне почвы и не оказывает отрицательных воздействий на полезных животных.

Говоря о возможном канцерогенном действии, американские исследователи различные химические продукты распределяют на следующие группы:

Фармацевтические препараты 20,8%

Пестициды 17,4%

Промышленные химикалии 15,2%

Металлы 6,7%

Природные продукты 1,6%

Ингредиенты табака 0,8%

Окружающая среда 0,2%

Прочие продукты 31,6%

Следует отметить, что для человека достаточно определенно установлено только канцерогенное действие соединений мышьяка [46]. Для других соединений бластомогенное действие определялось на мышах и некоторых других видах животных, что не может быть перенесено с полной достоверностью на человека. Укажем, однако, что в США, несмотря на все увеличивающиеся масштабы использования различных групп пестицидов, наблюдается тенденция к уменьшению раковых заболеваний. Препараты, в которых подозревается наличие канцерогенного действия или других видов токсичности, могущих вызвать отрицательные отдаленные последствия для человека и объектов окружающей среды, обычно изымаются из употребления и применение их прекращается. В этом отношении особенно жесткие требования приняты у нас и некоторых других странах.

Отметим, что отрицательные отдаленные последствия для человека и животных могут возникнуть и при недостаточно умеренном потреблении некоторых видов углеводов. Так, например, галактоза, глюкоза и ксилоза в определенных условиях обладают катарактогенным действием. В связи с этим можно полагать, что все химические соединения в определенных дозах могут вызывать тот или иной отрицательный эффект, что требует строгого их нормирования не только в пищевых, но и в фуражных продуктах и продуктах жизненного обихода.

Следующим важным классом соединений являются галогенкарбоновые кислоты алифатического, ароматического и алициклического рядов и их различные производные.

Простейшие представители этого класса соединений, такие, как трихлор - и монохлоруксусные кислоты, дихлорпропионовая кислота, обладают низкой токсичностью для теплокровных и умеренной персистентностью в объектах окружающей среды, вследствие чего не представляют опасности. Галогенпроизводные бензойной кислоты (2,3,6-трихлорбензойная кислота и ее производные), наоборот, в почве достаточно стабильны и могут сохраняться в ней длительное время. Вследствие этого масштабы применения 2,3,6-трихлорбензойной кислоты непрерывно уменьшаются, и она постепенно заменяется менее стабильной 2-метокси-3,6-дихлорбензойной кислотой, которая обладает не меньшей гербицидной активностью, но меньшей персистентностью.

Наибольших масштабов достигло применение арилоксиалканкарбоновых кислот, которые широко используются для борьбы с двудольными сорными растениями в посевах хлебных злаков [47]. В связи с этим продолжается изучение их токсичности для различных видов живых организмов и поведения в объектах окружающей среды [48-52].

Наиболее детально изучается поведение 2,4-Д, 2,4,5-Т и родственных соединений [49-51]. Разложение 2,4-Д происходит значительно быстрее, чем 2,4,5-Т, а проникновение этих соединений в нижние слои почвы протекает очень медленно. Эти наблюдения в определенной степени подтверждаются другими исследователями. В качестве промежуточных метаболитов, образующих с веществами растений коньюгаты, обнаружена 2,3-дихлор-4-оксифеноксиуксусная кислота.

Установлено, что некоторые арилоксиалканкарбоновые кислоты при содержании их в пище могут попадать в мясо бройлеров, хотя и в очень небольших количествах. Отмечено также влияние 2,4,5-Т на печень животных, а также небольшой тератогенный эффект, который, по-видимому, связан с наличием в исследуемой 2,4,5-Т примеси тетрахлордибензодиоксина, образующегося в небольших количествах в процессе производства 2,4,5-Т.

Арилоксиалканкарбоновые кислоты обладают умеренной токсичностью для рыб [50].

При соблюдении соответствующих мер применение арилоксиалканкарбоновых кислот в борьбе с сорными растениями в посевах злаков может быть вполне безопасно. Создание же в проточных водоемах концентрации препаратов, опасных для рыбы, мало вероятно.

Однако при авиационных обработках обнаружено попадание пестицидов в водоемы и атмосферу [53].

Одним из наиболее многочисленных классов пестицидов являются органические соединения фосфора, среди которых к настоящему времени насчитывается около 200 различных препаратов, используемых в качестве инсектицидов, акарицидов, нематоцидов, фунгицидов, гербицидов, регуляторов роста растений и бактерицидов [54,55]. Такое обилие фосфорорганических пестицидов связано с наличием у этого класса соединений ряда положительных свойств, важнейшим из которых является способность относительно быстро разлагаться в окружающей среде с образованием простейших веществ или продуктов, легко используемых обитателями почвы.

Несмотря на высокую токсичность многих фосфорорганических пестицидов для теплокровных животных, они находят достаточно широкое применение в сельском хозяйстве. Даже такие препараты, как тиофос и метафос, сравнительно быстро разрушаются в почве за счет деятельности флоры и фауны, гидролиза водой и фотохимического разложения, хотя скорость их разложения и может изменяться в зависимости от типа почв [56-58].