Изучаване на курс по обща химия, базиран на химическата термодинамика като системообразуващ фактор Игор А. тюлков. Изучаване на курс по обща химия, базиран на химическата термодинамика като системообразуващ фактор Игор Тюлков Игор Тюлков

• Лунин Валери Василиевич(Председател) - професор, декан на Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, академик на Руската академия на науките
• Архангельская Олга Валентиновна (Заместник-председател) - доцент на Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, кандидат на химическите науки
• Еремин Вадим Владимирович
• Тюлков Игор Александрович- доцент на Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, кандидат на педагогическите науки
• Теренин Владимир Илич- професор в Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, доктор на химическите науки
• Жиров Александър Иванович
• Лебедева Олга Константиновна- доцент на Химическия факултет на Московския държавен университет. М. В. Ломоносов, кандидат на химическите науки
• Решетова Марина Дмитриевна- старши научен сътрудник, Химически факултет, Московски държавен университет. М.В. Ломоносов, кандидат на химическите науки
• Трушков Игор Викторович- доцент на Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, кандидат на химическите науки
• Бачева Анна Владимировна- доцент на Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, кандидат на химическите науки
• Гладилин Александър Кирилович- професор в Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, доктор на химическите науки
• Емелянов Вячеслав Алексеевич- старши научен сътрудник, заместник-декан на факултета по химия, Новосибирски държавен университет, кандидат на химическите науки
• Злотников Едуард Григориевич- Доцент на Химическия факултет на Руския държавен педагогически университет. ИИ Херцен, кандидат на химическите науки
• Косминин Василий Василиевич- Доцент на Химическия факултет на Белгородския държавен университет, кандидат на химическите науки
• Леенсон Иля Абрамович- доцент на Химическия факултет на Московския държавен университет. М.В. Ломоносов, кандидат на химическите науки
• Медведев Юрий Николаевич- Доцент, заместник-декан на Химическия факултет на Московския педагогически държавен университет, кандидат на химическите науки
• Реутов Владимир Алексеевич- професор, ръководител на катедрата по химична технология, Химически факултет, Далекоизточен държавен университет, доктор на химическите науки
• Саморукова Олга Леонидовна- доцент в Руския химико-технологичен университет. DI. Менделеев, кандидат на химическите науки (по договореност)

И.А.тюлков, О.В. Архангельская М.В. Павлова

Система за подготовка за олимпиада по химия

Лекции 5–8

Педагогически университет "Първи септември"

Игор Александрович Тюлков, Олга Валентиновна Архангельская, Мария Вячеславовна Павлова

Материали на курса "Система за подготовка за олимпиади по химия": лекции 5–8. - М .: Педагогически университет "Първи септември", 2009. - 96 с.

Учебно помагало

Редактор О.Г. Блохин

Компютърно оформление Д.В. Кардановски

Подписано за публикуване на 17.06.2009 г.

Формат 60×90/16. Шрифт "Times New Roman".

Офсетов печат. Печ. л. 6.0 Тираж 200 бр. Поръчка Номер.

Педагогически университет "Първи септември", ул. Киев, 24, Москва, 121165 http://edu.1september.ru

И.А. Тюлков, 2008 О.В. Архангельская, 2008M.V. Павлова, 2008

Педагогически университет "Първи септември", 2008г

Лекция № 1. Основните цели и задачи на олимпиадното движение в контекста на съвременното образование в Русия. История на химикалите

1 когото олимпиадното движение в Русия. Системата от химически олимпиади и творчески състезания в Русия. Ролята на химическите олимпиади в образованието и науката.

Лекция № 2. Методи за подготовка и провеждане на олимпиади на различни нива. Организиране на олимпиади по химия: от про-

1 стого към комплекс. Подготвителен, основен и заключителен етап на организиране на олимпиади. Системата от актьори на олимпиадата, тяхната роля.(Тюлков И.А., Архангельская О.В.)

Лекция № 3. Концептуалната основа на съдържанието на олимпиадните задачи

дачи. Приблизителна програма на съдържанието на различните етапи на олимпиадите по химия: твърди граници или насоки за подготовка?

1 Класификация на олимпиадните задачи. Задачи на олимпиади по химия: от етап на етап, от туризъм.(Тюлков И.А., Архангельская О.В.)

Тест №1

Лекция №4

1 реализации. Класификация на задачите с трансформационни схеми. Тактика и стратегия за решаване на олимпиадни задачи с "верига-

ками." (Тюлков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)

Лекция № 5. Методи за решаване на задачи по физикохимия (1) Задачи

2 по термохимия.Задачи, използващи понятията „ентропия” и „енергия

Джиа Гибс“. (Тюлков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)

Лекция № 6. Методи за решаване на задачи по физикохимия (2).

Задачи по химично равновесие. Задачи по кинетика. (Тюлков

2 И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)

Тест No2

Лекция № 7. Методически подходи при провеждане на експерименти

2 задачи. Класификация на задачите от експерименталния кръг. Практическите умения, необходими за успешното провеждане на експеримента

умствени задачи.(Тюлков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)

Лекция № 8. Методически принципи за подготовка на ученици за олимпиади. Използването на съвременни педагогически технологии при подготовката на олимпиади от различни нива Тактика и стратегия за подготовка и участие в олимпиади. Организационни

2 методическа работаучител наставник. Методически подходи за съставяне на олимпиадни задачи Олимпиадата като средство за повишаване на квалификацията на учителите-наставници Ролята на интернет комуникацията и средствата за масово осведомяване в обмена на педагогически опит. (Тюлков И.А., Архангельская О.В., Павлова М.В.)

Финална работа

Лекция №5

Методи за решаване на задачи по физикохимия(1)

Проблеми по термохимия

Всяка химическа реакция е придружена от абсорбция или освобождаване на енергия (ΔE), тази енергия обикновено се нарича „топлинен ефект на реакцията.“ В опростена форма може да си представим, че промяната в енергията възниква поради факта, че по време химическата реакция, химичните връзки в изходните вещества се разрушават (докато енергията се абсорбира) и се образуват нови химични връзки в реакционните продукти (докато енергията се освобождава във външната среда). Ако енергията, изразходвана за разкъсване на химичните връзки, е по-голяма от енергията, отделена при образуването на нови химични връзки, реакцията протича с поглъщане на енергия, а в обратния случай - с освобождаване на енергия.

Енергията, която придружава химичните реакции, може да приеме различни форми.

	маса 1
Видове освободена енергия
химично уравнение	Вид енергия
NaOH (разтвор) + HCl (разтвор) =	топлинна
NaCl (разтвор) + H2O (л.)
Mg (твърд) + 1 / 2O2 (g) \u003d MgO (твърд)	Топлинна и светлинна
	Термични и механични (производствени
	има намаляване на обема на реакцията
NH3 (g) + HCl (g) = NH4 Cl (твърдо)	onnoysystem: от два газа -
	всички вещества се оказват твърди
	вещество), среда
	извършване на работа по системата

	химично уравнение		Вид енергия
			Термични и механични (произход-
	Zn (твърд) + 2HCl (разтвор) =		има увеличение на обема на системата
			ние, защото газообразен
	ZnCl2 (разтвор) + H2 (g)
			вещество), системата изпълнява
			работа върху околната среда
	Zn (твърд) + Cu (разтвор) =		Електрически и термични
	Zn (разтвор) + Cu (твърд)

Нарича се реакция, придружена от отделяне на топлина в околната среда екзотермиченреакция. Нарича се реакция, придружена от поглъщане на топлина от околната среда ендотермиченреакция.

Джаулът (J) е основната единица за измерване на топлина в Международната система от единици (SI). В стари произведения като мерна единица се намира и калорията, равна на 4,184 J. Понастоящем тя се запазва като извънсистемна единица за сравняване на резултатите от съвременните разработки с експериментални и референтни данни, натрупани в продължение на стотици години.

Уравнението на химическа реакция, в което е посочен енергийният (обикновено топлинен) ефект на реакция към определено количество вещество (както и други фактори, от които зависи този ефект), се нарича уравнение на термохимичната реакция.

Науката, която изучава топлинните ефекти на химичните реакции, се нарича термохимия. Топлинният ефект на химическата реакция е енергията, освободена или погълната по време на химическа реакция.

в формата на топлина (или механична работа, която също се преобразува

в в крайна сметка в топлинна енергия).

Топлинният ефект на реакцията, измерен при постоянно налягане, се означава като Q p, ( термохимиченобозначение) или H p-tion (енталпията на реакцията - термодинамикаобозначаване).

Q p \u003d - H p-ция.

	Лекция №5
Топлината на реакцията е равна на енталпията на тази реакция, взета обратно
По-нататък ще използваме обозначението Q вместо
тогава Q p , защото само реакции, възникващи при
	постоянно налягане
	Екзотермичен
	протичат реакции
	отделяне на топлина от
	системи в околната среда
	среда (фиг. 1):
	Q > 0, H p-ция< 0.
	Например скръбта-
	въгледобива:
Ориз. 1. Енталпията на системата намалява,	C + O2 = CO2.
енергията се отделя от системата в околната среда	Ендотермичен
ΔH р-ция< 0
	протичат реакции
	поглъщане на топлина
	системна изо-среда
	среда (фиг. 2):
	Q< 0, H р-ции > 0.

Ендотермичните реакции включват някои реакции на разлагане, например:

Ориз. 2. Енталпията на системата се увеличава, системата взема енергия от външната среда, ΔH p-tion > 0

CaCO3 = CaO + CO2,

всички реакции на взаимодействие на азот с кислород и др.

Методи за решаване на задачи по физикохимия (1)

Фактори, влияещи върху топлинния ефект на химична реакция:

1) естеството на реагентите;

2) количеството на реагентите;

3) агрегатни състояния на веществата;

4) алотропни или полиморфни модификации на вещества. Първите два фактора според нас са очевидни.

състояния и алотропни модификации са илюстрирани със следните примери.

1) Получаване на съединения с формула Н от прости вещества 2 О

в различни агрегатни състояния (фиг. 3).

Ориз. 3. Енергийна диаграма за получаване на вода от прости вещества:

∆H1 е енталпията на реакцията на образуване на вода в газообразно състояние; ∆H2 е енталпията на реакцията на образуване на течна вода; ∆H3 е енталпията на реакцията на образуване на вода в кристално състояние; ∆H4 е енталпия на изпарение (кондензация) на вода; ∆H5 е енталпия на топене (кристализация)

ция) вода; ∆Н6 – енталпия на сублимация на лед

			Лекция №5
Термохимични уравнения:
	(g) + 1/2O2	(g) = H2O (g) + 242 kJ;
	(g) + 1/2O2	(ж.) = Н2О (л.) + 286 kJ;
	(g) + 1/2O2	(g.) \u003d H2 O (tv.) + 292 kJ.

Дадените данни ясно показват влиянието на агрегатното състояние върху топлинния ефект на реакцията:

Q1< Q 2 < Q 3.

2) Изгарянето на графит и диамант, в резултат на което един

и същото вещество е въглероден диоксид (фиг. 4).

Ориз. 4. Енергийна диаграма на изгаряне на графит и диамант:

∆H1 е енталпията на образуване на CO 2 (g), числено равна на енталпията на изгаряне на графит; ∆H2 е енталпията на изгаряне на диамант (не е равна на енталпията на образуване на CO 2 (g), тъй като стандартното състояние на въглерода не е диамант, а графит); ∆H3 е енталпията

фазов преход графит-диамант

Термохимични уравнения:

C (алм.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 395 kJ;

C (гр.) + O2 (гр.) = СO2 (гр.) + 393 kJ.

Методи за решаване на задачи по физикохимия (1)

запомнете отново, че –∆ H p-tions = Q.

Стандартната енталпия на образуване на вещество (∆H arr o ) е енталпията на реакцията на образуване на 1 mol вещество от прости вещества в стандартно състояние при стандартни условия (налягане 101 325 Pa, температура 298 K). веществата са в най-стабилно състояние при стандартни условия. Например за кислород, водород, азот такова стабилно състояние е газообразно, за въглерод това е графит, за сяра е ромбична модификация, за вода е течно състояние, за повечето соли е твърдо кристално състояние и т.н.

Енталпията на образуване на просто вещество в стандартно състояние при стандартни условия е нула.

Ако ∆ H arr на дадено вещество е по-малко от нула, това означава, че при образуването на това вещество е била освободена енергия. Следователно трябва да се изразходва енергия, за да се унищожи това съединение. Колкото повече енергия се отделя по време на образуването на дадено вещество, толкова по правило то е по-термодинамично стабилно.

Енталпиите на образуване на много вещества са дадени в специални справочници.

Стандартна енталпия на изгаряне на вещество е енталпията на реакцията на горене (∆H изгаряне ) 1 mol вещество в газообразен кислород при p (O 2 ) = 1 бар. Калоричността на въглеводорода, освен ако не е отбелязано друго, съответства на окисляването на въглерода до CO 2 (g.), водород до Н 2 О (е.). За други вещества е обичайно да се посочват получените продукти във всеки отделен случай. Например, могат да бъдат записани следните термохимични уравнения:

CH3 OH (l.) + 1.5O2 (g.) \u003d CO2 (g.) + 2H2 O (l.) + 726 kJ;

C2 H5 Cl (g.) + 3O2 (g.) = 2CO2 (g.) + HCl (g.) +

2H2O (l.) + 685 kJ;

FeS(твърд) + 1,75O2 (g) = 0,5Fe2 O3 (твърд) + SO2 (g) + 828 kJ;

CH3 NH2 (g.) + 2.25O2 (g.) = CO2 (g.) + 2.5H2 O (l.) + + 0.5N2 (g.) + 1768.5 kJ.

	Лекция №5

Още веднъж подчертаваме, че енталпиите на изгаряне на метанол, хлороетан, железен (II) сулфид и метиламин са съответно –726, –685, –828, –1768,5 kJ.

Обикновено учениците и дори студентите научават с голяма трудност определенията на енталпиите на образуване и изгаряне на вещества. За да премахнете тази бариера, е полезно да се обърнете към алгоритъма за конструиране на a

например при дефиниранестандартна енталпия на образуване на вещество отговорете на следните водещи въпроси.

1) Енталпия на каква реакция?

(Реакция на химическо образуване.)

2) Колко от веществото трябва да се образува по време на тази реакция?

3) От какво е направено това вещество?

(От прости вещества.)

4) В какво състояние трябва да се вземат изходните материали?

(В стандартни състояния.)

5) При какви условия трябва да протече реакцията?

(При стандартни условия.)

Последователните отговори на поставените въпроси водят до дефиниция. Стандартната енталпия на образуване на вещество (∆ H arr) е енталпията на химическата реакция на образуване на 1 mol вещество от прости вещества, взети в стандартни състояния при стандартни условия. По същия начин се „изграждат“ определенията за енталпията на реакциите на изгаряне на вещество, фазов или алотропен преход, образуване на химична връзка и др.

Изберете уравнението на реакцията, чиято енталпия ще бъде равна на стандартната енталпия на образуване на меден (II) сулфит (CuSO3):

а) Cu (ат.) + S (ат.) + 3O (ат.) \u003d CuSO3 (твърдо); b) CuO (твърд) + SO2 (g) = CuSO3 (твърд);

c) Cu (твърдо) + S (ромб) + 1,5O2 (g) = CuSO3 (твърдо); г) 2Cu (твърд) + 2S (ромб) + 3O2 (g) \u003d 2CuSO3 (твърд).

480 търкайте. | 150 UAH | $7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Теза - 480 рубли, доставка 10 минути 24 часа в денонощието, седем дни в седмицата и празници

240 търкайте. | 75 UAH | $3,75 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Резюме - 240 рубли, доставка 1-3 часа, от 10-19 (московско време), с изключение на неделя

Тюлков Игор Александрович. Изучаване на курс по обща химия, основан на химическата термодинамика като системообразуващ фактор: Дис. ... канд. пед. Науки: 13.00.02: Москва, 2001 177 с. RSL OD, 61:02-13/833-6

Въведение

Глава 1. Курсът на общата химия в системата на химическото образование на висшите и средните училища.

1.1 Анализ на съдържанието на курсовете по обща химия, изучавани в университетите и средните училища 8

1.2. Химическа термодинамика в курса по обща химия 19

1.3. Методика на преподаване на обща химия в университетите 24

1.4. Семинар в системата на обучение на студентите по обща химия. Методически подходи за провеждане на семинари по обща химия в университета и тяхната обосновка 29

1.5. Ролята на компютъра в учебния процес на семинара в обучението по обща химия 34

1.6. Контрол и диагностика на резултатите от обучението на студентите в семинарни упражнения...39 Глава 2. Формиране на концепцията за обучение на студенти по обща химия в семинарни упражнения на базата на химичната термодинамика като системообразуващ фактор 46

2.1. 46

2.2. Изграждане на семинари по обща химия на базата на химичната термодинамика като системообразуващ фактор 49

Глава 3

3.1 Провеждане на семинар по химична термодинамика с използване на различни методи 57

3.2 Методика за оценка на ефективността на семинар по химична термодинамика

3.3 Сравняване на резултатите от трите варианта на обучение 65

3.5. Изучаване на методиката за провеждане на семинарни упражнения по обща химия на базата на химичната термодинамика като системообразуващ фактор 69

3.6. Резултатите от изследването на ефективността на провеждането на семинари по обща химия на базата на химическата термодинамика като системообразуващ фактор и обсъждане на резултатите 73

Литература 94

Приложения 108

Приложение 1. Съдържанието на химичната термодинамика в програмите по обща химия Приложение 2. Междудисциплинарни връзки, установени при анализа на програмите по обща химия 111

Приложение 3. Тест по химична термодинамика 112

Приложение 4. Планове на семинара 144

Приложение 5. Резултати от изпълнението на задачите на констативното изследване през 1998/1999 г.

и 1999/2000 учебна година 148

Приложение 6. Примери за колоквиуми и резултати от колоквиуми на студенти от Географския факултет, Геологическия факултет и Факултета по фундаментална медицина на Московския държавен университет 153

Приложение 7. Резултатите от задачите на окончателната работа на студентите от географските, геологическите факултети и факултета по фундаментална медицина на Московския държавен университет 170

Въведение в работата

Висшето образование е насочено към подготовка на специалисти от широк профил, способни на постоянно творческо търсене и придобиване на нови знания. Основните цели на обучението по обща химия са:

Създаване на солидна основа от теоретични знания по обща химия, необходими за успешното изучаване на други химични дисциплини, предвидени в учебния план на съответните специалности (физична, аналитична, колоидна, органична химия и др.), както и редица академични дисциплини, свързани с химията (хидрология, метеорология, кристалография, екология, биохимия, биофизика и др.)

Формиране на методи на научно мислене на студентите за попълване и прилагане на знания при решаване на изследователски проблеми.

В съвременната практика на преподаване курсът на семинарните упражнения по обща химия е изграден линейно. В подобно структуриран курс отделните теми образуват непрекъсната последователност от теми (химична термодинамика, кинетика, равновесия в разтвори на неелектролити и електролити и др.), които се разработват еднократно по време на обучението. При такава структура на представяне знанията, които не са придобити правилно от студентите в предишни семинари, не могат да бъдат напълно използвани при изучаването на следващите теми, което означава, че ефективността на обучението намалява. При изучаването на всяка следваща тема учениците трябва активно да черпят от предварително придобитите знания. Това обаче не се случва поради описаната по-горе причина, а също и поради ниската мотивация на учениците да изучават курса по обща химия. Негативна роля играе и слабата свързаност на темите на семинарите. Често последователността на темите е исторически установена или произволно избрана от университета.Преподавателите често не обясняват на студентите целите на изучаването на химия в факултетите по естествени науки и не показват перспективите за изучаване на химия. Не се разкриват междудисциплинарни връзки между химията и предметите, изучавани от студентите в техните факултети или направления. В резултат на това знанията на учениците по химия придобиват формален характер. Това се проявява във факта, че:

Знанието се формира чрез запомняне на материал без разбиране на приложението му.
ния.

Няма връзка на придобитите знания с предишни идеи и
понятия (наблюдава се т.нар. изолация на знанието).

По този начин основният проблемИзследванията се крият във формалността на знанията по обща химия сред студентите от нехимични природни науки в университетите. Традиционното изграждане на курс от семинари по обща химия и методите, използвани в обучението, не допринасят за формирането на съзнателни и систематични знания по обща химия за по-нататъшно изучаване на химия в университет.

4 Решението на този проблем се крие в разработването на подход към преподаването на химия, базиран на

което е да укрепи връзките между различните раздели на курса. Това е възможно при използване на основния раздел от курса по обща химия като основен фактор. Под системообразуващ факторразбираме системата от теории, закони и концепции, които свързват разделите в един курс.

Термодинамиката е един от основните раздели на курса по обща химия в университета. Често обучението на студенти по природни науки нехимични специалности започва с този раздел. Енергийните промени са вътрешната същност на химичните процеси, което позволява по-задълбочено разбиране на модела на тяхното протичане.

Относно релевантниПредлага се разработване на методика за провеждане на семинарни занятия по обща химия на базата на химичната термодинамика като системообразуващ фактор.

Уместността се дължи на:

необходимостта от премахване на формализма на знанията по обща химия сред студентите от природните специалности на университетите;

условия, съзрели във висшето образование за изграждане на курс по обща химия, основан на системообразуващ фактор;

слабо развитие в методологията на преподаване на химия на задачата за изграждане на курс от семинари по обща химия въз основа на системообразуващ фактор.

Основната идея на работатае да преосмисли съдържанието на курса на семинарните упражнения по обща химия и да разработи нов методически подход към преподаването на обща химия, основан на химичната термодинамика като системообразуващ фактор.

Обект на изследване: процесът на обучение по обща химия в природните факултети на университетите.

Предмет на изследване:структурата на курса на семинарните упражнения по обща химия на базата на термодинамиката като системообразуващ фактор.

Целна това изследване е да се разработи конструкцията на съдържанието и организацията на обучението по обща химия на студенти по природни науки нехимични специалности на университети, базирани на химическата термодинамика, като системообразуващ фактор.

В тази работа беше изложено хипотеза,че формирането на солидна основа от знания по химическа термодинамика, изграждането на система от семинари по обща химия, базирана на химическата термодинамика като системообразуващ фактор, идентифицирането на връзката на раздела на химическата термодинамика с останалата част от раздели от този курс и с други естественонаучни дисциплини, ще позволи на студентите да осъзнаят общата химия като интегрална система, насочена към:

* получаване на системни и осъзнати знания по обща химия;

формиране на основите на научното мислене.

Целта и хипотезата определят следното цели на изследването:

I. Провеждане на установително проучване:

а) анализирайте педагогическата, методическата и научната литература по темата
следване;

б) анализира учебните програми и учебните програми, използвани в различни
факултети;

в) идентифициране на първоначалното ниво на знания на учениците.

II.Разработете методически издържана концепция за изграждане на курс от семинари
класове Наобща химия, базирана на химическата термодинамика като основен факултет
Тора.

III.Разработете методически подход за провеждане на семинарни упражнения по курса на
зелева химия:

а) да се разработи система от семинари по обща химия, изградена на базата на хим
термодинамиката като системообразуващ фактор;

б) разработете методика за провеждане на семинар по химична термодинамика.

IV. Проверете ефективността на предложения методически подход.
Надеждност и валидностпредоставени научни положения и заключения:

опора на изводите на психологическата наука, общата и частната дидактика;

използване на различни изследователски методи, адекватни на поставените задачи.

В работата бяха използвани следните методи на изследване: анализ на психологическа и педагогическа литература по проблема на изследването, методи за установяване на изследване и формиращ експеримент, систематичен подход, методи на педагогическо изследване с помощта на специално разработени задачи за диагностика на формирани знания, тестване, качествени и количествени анализ на отговорите на студентите, математическа обработка на резултатите от изследванията и тяхната методическа интерпретация.

Изследването е проведено на няколко етапа (1996 - 2000 г.):

Констатиращо проучване, което даде възможност теоретично да се проучи състоянието на изследвания проблем, да се определят целите, предметът, задачите, хипотезата на изследването.

Теоретичен етап за развитие на концепцията за изграждане на курс от семинарни упражнения по обща химия, базирани на химичната термодинамика като опорен фактор.

Експериментален етап за организиране и провеждане на педагогически експеримент с цел проверка на ефективността на семинар по химична термодинамика. Анализ и интерпретация на резултатите от този етап на изследването.

Експериментален етап за организиране и провеждане на педагогически експеримент с цел проверка на поставената работна хипотеза.

Последният етап е анализът и интерпретацията на резултатите от педагогическия експеримент, обобщаването на резултатите от цялото изследване, формирането на научни заключения.

Научна новост:

Създадена е нова система за обучение на студентите в семинари по обща химия, която се основава на химичната термодинамика като системообразуващ фактор.

Създаден е набор от дидактически материали за методическата подкрепа на предложения курс (планове на семинарни упражнения, тестова компютърна програма по химична термодинамика, набор от задачи за встъпителен, междинен и заключителен контрол).

Теоретично значение на работатасе състои в създаването на методологичните основи на курс от семинари по обща химия, изграден на базата на химичната термодинамика като системообразуващ фактор. Обосновава се необходимостта от изграждане на курс, базиран на този подход.

Практическо значение на работата:Предложеният методически подход за създаване и използване на система от семинари по обща химия дава възможност да се приложи при преподаването на обща химия в университета.

Надеждност на резултатитепоради избора на адекватни съвременни изследователски методи, положителните стойности на показателите за ефективност на разработения подход към преподаването на обща химия.

Апробиране и внедряване на резултатите.

Резултатите от проучването бяха обсъдени на:

VIII Международна конференция-изложба "Информационни технологии в образованието", Москва, 1998 г.;

Всеруски научен и методически семинар в Московския държавен педагогически университет. В. И. Ленин, 1998 г

научна конференция "Ломоносовски четения-99", секция "Методически проблеми на непрекъснатото образование", подсекция "Химия и екология", Москва, 1999 г.;

Международна научно-практическа конференция "Подобряване на преподаването на химия в училище и университет", Иркутск, 1999 г.

Международен конгрес "Науката и образованието на прага на III хилядолетие". Минск, 2000

7 XLVIII Херценови четения (Всеруска научно-практическа конференция с международно участие "Актуални проблеми на съвременното химико-педагогическо и химическо образование"), Санкт Петербург, 2001 г. Заседание на лабораторията по химия ИОСО РАО, 2001 г.

среща на катедрата по неорганична химия и методика на преподаване на химия, Московски държавен педагогически университет. В. И. Ленин, 2001

Резултатите от изследването се използват в практиката на катедрата по обща химия на Химическия факултет на Московския държавен университет „Ломоносов“. М. В. Ломоносов.

Структура и обхват на дисертационния труд.Работата се състои от въведение, три глави, заключения, списък с литература и приложения. Съдържанието му е изложено на 107 страници. Пълният текст на дисертацията се състои от 177 страници. Работата включва 55 фигури, 17 таблици, 3 диаграми. Списъкът на използваната литература съдържа 229 заглавия, от които 23 на чужди езици. Приложенията съдържат съдържанието на раздел "Химична термодинамика" в различни програми по обща химия; междупредметни връзки, разкрити при анализа на програмите по обща химия; пълен текст на теста по химична термодинамика, разработен от автора; резултатите от изпълнението на задачите на учениците от контролната част на знанията на учениците; варианти на задачи от колоквиуми и резултатите от изпълнението им; резултатите от изпълнението на задачите на окончателната работа.

В защита се представят следните разпоредби:

Използването на химическата термодинамика като системообразуващ фактор изисква преструктуриране на съдържанието на семинарните упражнения и тяхната последователност в курса по обща химия.

Изграждането на семинари на базата на химическата термодинамика като системообразуващ фактор допринася за формирането на основите на научното мислене у студентите, както и системни и съзнателни знания по обща химия.

Анализ на съдържанието на курсовете по обща химия, изучавани в университетите и средните училища

Повечето университетски учебници са фокусирани върху системата от понятия за материята. В тези учебници разделите „строеж на атома“, „химическа връзка“, „периодичен закон на Д. И. Менделеев“ са извадени в началото.

Трябва да се отбележи, че последователността на представяне дори на тези три раздела от общата химия е различна за различните автори. Така че в учебниците редът на представяне е следният: структурата на атома е периодичният закон, а периодичната система от елементи е химическата връзка. В редица други ръководства тази последователност е различна: периодичният закон и периодичната система от елементи - структурата на атома - химичната връзка.

Анализът на изграждането на курсове, фокусирани върху системата от понятия за материята, показва, че значителен брой курсове имат обща конструкция в следната последователност: структура на атома - химическа връзка - описание на свойствата на химичните елементи и техните съединения. Такава конструкция, очевидно, е обединена от идея, която е ясно изразена от Я. А. Угай: „Идеята за връзката между химичната структура на веществото ... и неговите свойства минава като червена нишка през целия курс по неорганична химия. В тази връзка специално внимание се обръща на теорията за химическата структура на А. М. Бутлеров в нейната съвременна интерпретация, която по същество е обща химическа теория... В крайна сметка най-важната задача на химията... беше и остава да идентифицира връзката между химичната структура на дадено вещество, от една страна, и неговите свойства, от друга.

Трябва да се отбележи, че О. М. Полторак и Ю. А. Пентин в своите работи основателно показват, че търсенето на недвусмислена връзка между структурата на молекулите и химичните свойства на дадено вещество е предварително обречено на неуспех. Без познаване на основите на химичната термодинамика и кинетика е невъзможно да се направят изводи за възможността за химичен процес, неговата дълбочина и скорост. Г. П. Лучински също потвърждава тази идея: „Сегашното ниво на развитие на химията изисква представяне на хода на науката от гледна точка на учението за структурата на материята и термодинамиката.“

Вторият тип учебници са фокусирани върху системата от понятия за химическа реакция и има много по-малко от тях, отколкото учебниците от първия тип. В тези учебници на преден план е изведено изучаването на законите на протичането на химичните реакции, т.е. термодинамични и кинетични аспекти.

В различните учебници последователността на представяне на основите на химичната термодинамика и кинетика е различна. В учебниците авторите поставят на първо място химичната термодинамика, а на второ – кинетиката. Други ръководства и учебници [11, 49, 183, 184, 222, 229] предлагат реда: кинетика - термодинамика.

Освен това, както беше отбелязано по-горе, самата позиция на тези теми в курса също се различава значително. Например в ръководствата споменатите теми са представени след структурата на атома, периодичната система и концепцията за химическа връзка. В учебниците термодинамиката и кинетиката се разглеждат много по-късно; те всъщност предхождат описанието на химичните свойства на елементите и съединенията.

Редът на представяне на темите е практически никой от авторите, с изключение на OS. Зайцев, Б. В. Некрасов, Г. И. Новиков и редица други, не е обосновано, а в съществуващите учебници има голямо разнообразие от последователността на въвеждането им.

Г. И. Новиков предлага изграждането на учебник, основан на "последователността от стъпки на теоретичните принципи на химията: стехиометрия, термохимия,

ергохимия (химическо равновесие и основите на химическата термодинамика), хронохимия (основите на кинетиката), началото на изследването на структурата на материята (структурата на атома, молекулите, течностите, кристалите и съединенията с невалентни връзки) .

Б. В. Некрасов изгражда съдържанието на учебника въз основа на периодичния закон на Д. И. Менделеев, Авторът отбелязва, че „... трябва да направите всичко възможно не просто да „изложите“ курса, но и да го развиете логично, което е особено важно ... при разглеждане на теоретични въпроси ... Самата конструкция трябва преди всичко да осигури възможността за нейното логично разгръщане.

Специално място заема учебникът "Химия. Съвременен кратък курс" на О. С. Зайцев. Книгата е предназначена до голяма степен за самостоятелно изучаване на предмета, "целта на книгата е да развие химическото мислене на студентите, така че бъдещият специалист да може не само самостоятелно да решава различни химически проблеми, но и да пренася общите методи на научна работа в работата по тяхната специалност". Авторът посочва, че разглеждането на състоянието на материята и химичните реакции е дадено на базата на фундаменталните теории на съвременната химическа наука и техните взаимовръзки. Логическата основа на споменатия курс е система от знания за четири основни учения: за посоката на химичните процеси (химична термодинамика) и тяхната скорост (кинетика), теорията за структурата на материята и периодичността на промените в свойствата на елементи и техните съединения

Избор на материал по химическа термодинамика за семинари по курса на общата химия, изграден на базата на химическата термодинамика като системообразуващ фактор

Избор на материал по химическа термодинамика за семинари по курса на общата химия, изграден на базата на химическата термодинамика като системообразуващ фактор

Както е показано по-горе (1.1), когато се изгражда курс по обща химия, най-приемливата последователност на представяне на материала е следната: химична термодинамика (без химично равновесие) - "химична кинетика + химично равновесие - # разтвори, равновесие в разтвори - структура на атома - химична връзка - периодичен закон на Д. И. Менделеев. Химическата термодинамика е основен раздел от курса по обща химия, така че семинарът по химична термодинамика е един от първите в различни курсове по обща химия. Знанията, формирани на този семинар, трябва да се считат за основни. Те са основата за по-нататъшно изучаване на курса по обща химия. Ето защо актуален проблем е подборът на съдържанието на химичната термодинамика, което е опорен фактор за експерименталния курс на семинарните упражнения по обща химия.

Подборът на материали по химична термодинамика за семинари по обща химия се извършва съгласно следните принципи:

Съответствие на материала със съвременното ниво на науката;

Възможността за използване на материала от студентите в бъдещи научни дейности;

Връзката между материала на семинара и материала, представен в учебници и помагала, препоръчани на студентите;

Използване на знания от други дисциплини в обхвата, изучаван до момента;

Ограничение на материала от учебната програма и времето за изучаване на курса по обща химия;

Наличието на връзка между материала на семинарите и други раздели от курса по обща химия;

Наличието на междудисциплинарни връзки с други дисциплини.

Въз основа на анализа на съдържанието на раздела химическа термодинамика в програмите по обща химия и литература (в 1.1 и 1.2), разделът химическа термодинамика е представен от система, състояща се от пет компонента, подредени в следната последователност (виж схема I ).

Както е отбелязано в 1.2, разделът "Химична термодинамика" има връзки с почти всички раздели на курса по обща химия, като например:

Скоростта на химична реакция. Механизми на химичните реакции. катализа;

Решения. Равновесия в разтвори;

Редокс процеси;

Основи на електрохимията;

Химическа връзка;

Комплексни съединения;

Дисперсни системи;

Периодичен закон и периодичната система на химичните елементи. Анализът на програмите по обща химия и други природонаучни дисциплини показа, че разделът "Химична термодинамика" има много междудисциплинарни връзки (с биология, геология, медицина, екология и други дисциплини, изучавани от студенти по природни науки) (виж Приложение 2, Таблица 12 ). Трябва да се отбележи, че в програмите по обща химия интердисциплинарната интеграция не е напълно разкрита.

При формирането на систематично научно познание важна роля играе не само разумно подбраният предметен материал, но и последователността на неговото изучаване, което се определя главно от следните три дидактически принципа: последователност, достъпност и научен характер.

Провеждане на семинар по химична термодинамика с използване на различни методи

За да могат студентите да използват знанията по химична термодинамика, е необходимо в първите семинари да се заложат пълни и задълбочени познания по основи на химичната термодинамика. Ето защо първо беше изследвана ефективността от провеждането на семинар по химическа термодинамика.

През учебната 1996/97 г. е направено проучване на ефективността от провеждането на семинар по химична термодинамика.

Сравнихме методите за провеждане на семинар по термодинамика. Експериментът се състоеше във факта, че три групи студенти (по 13 души) бяха проведени три вида семинари: конвенционален семинар (семинарът се провежда, както се изпълнява в потока) компютърен семинар (индивидуална работа на студентите с компютър програма за обучение) комбиниран семинар (комбинация от индивидуална работа на студентите с компютърно базиран урок, обсъждане на най-важните въпроси и обясняване на трудни концепции)

Първоначалното ниво на знанията на студентите беше проверено на първия семинар (констатиращо изследване). Те бяха помолени да изпълнят следната задача: дадено е уравнението на реакцията за изгаряне на графит в кислород

1) Каква е реакцията; екзо или ендотермично?

2) Изчислете масата на графита, необходима за получаване на 1179,3 kJ топлина. Количествените данни за изпълнението на предложената задача са показани на фиг. 3. Процентът на успеваемост при изпълнение на задачите се нанася по оста y, т.е. % правилно изпълнени задачи от общия брой задачи, по абсцисата - номерът на въпроса от задачата, която проверява изходното ниво на знанията на учениците. Въз основа на данните на фиг. 4, можем да кажем, че само 15% от учениците във всички групи могат да характеризират реакцията чрез топлинния ефект и могат да правят термохимични изчисления.

Може да се заключи, че нивото на знанията на студентите по химична термодинамика преди обучението е почти еднакво. Трябва да се отбележи, че докато започнат да изучават обща химия, повечето студенти не могат да извършват елементарни термохимични изчисления и да характеризират реакциите по отношение на енергийните ефекти.

В програмите и учебните планове по обща химия семинарът „Основи на химичната термодинамика” е един от първите. Той залага термодинамични знания, въз основа на които студентите могат да изчисляват стойностите на AH, AS, AG на химичните процеси и да оценят фундаменталната възможност за протичане на химични процеси при дадени условия.

Основната цел на този семинар е да постави солидна основа на знанията по химическа термодинамика, тъй като успешното изучаване на общ курс по химия е невъзможно без решаване на основните въпроси на химическата термодинамика:

Какъв е топлинният ефект на процеса?

Възможно ли е процесът да протича спонтанно и при какви условия?

Каква е дълбочината на химичния процес?

За семинарите е подбран един и същи учебен материал, включващ основните закони и понятия на химичната термодинамика.

Семинарът в общоприетия вариант се проведе по методиката, използвана от повечето университетски преподаватели за разясняване на основните понятия от термодинамиката. При този метод по-голямата част от времето беше посветена на обясняване на учебния материал от учителя и обучение на учениците на умения за решаване на типични проблеми. В началото на урока се провежда фронтална работа, но се актуализират знанията, получени от студентите в предишната лекция по химична термодинамика. След това учителят запознава учениците с понятията: химични системи, топлинен ефект на реакция, процеси с отделяне и поглъщане на топлина, стандартни и нормални условия, енталпия на различни процеси: образуване на вещества, образуване на химична връзка , фазов преход и изгаряне на вещества. Особено внимание се отделя на решаването на задачи по закона на Хес и последиците от него. Освен това студентите се запознават с понятието ентропия, втория и третия закон на термодинамиката, свободната енергия и енергията на Гибс, критерий за спонтанното протичане на химичните процеси. Студентите решават задачи за намиране на стойността на ентропията и свободната енергия на Гибс и правят изводи за фундаменталната възможност за спонтанни химични процеси.

За провеждане на семинар по компютърни методи бяха използвани компютърни програми за обучение, разработени от екипа на катедрата по обща химия на Химическия факултет на Московския държавен университет. Те са универсален инвариантен инструмент, който съчетава възможността за използване на диалог, база данни, текстова информация, изчисления и тестов контрол. Програмите редуват листов материал с поетапен контрол на знанията на ученика. Изградени са в диалогов режим, което позволява ефективна обратна връзка в обучението и своевременна корекция на химическите знания на учениците. Студентът работи самостоятелно с програмите, следователно той контролира процеса на собственото си обучение и определя темпото на усвояване на материала, който е удобен за него.