Вивчення курсу загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системоутворюючого фактора тюльків ігор Олександрович. Вивчення курсу загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора тюльків ігор Олександр Тюльков ігор

• Лунін Валерій Васильович(голова) – професор, декан хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, академік РАН
• Архангельська Ольга Валентинівна (заступник голови) – доцент хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, кандидат хімічних наук
• Єрьомін Вадим Володимирович
• Тюльков Ігор Олександрович– доцент хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, кандидат педагогічних наук
• Теренін Володимир Ілліч– професор хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, доктор хімічних наук
• Жиров Олександр Іванович
• Лебедєва Ольга Костянтинівна– доцент хімічного факультету МДУ ім. М.В.Ломоносова, кандидат хімічних наук
• Решетова Марина Дмитрівна– старший науковий співробітник хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, кандидат хімічних наук
• Трушков Ігор Вікторович– доцент хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, кандидат хімічних наук
• Бачова Ганна Володимирівна– доцент хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, кандидат хімічних наук
• Гладилін Олександр Кирилович– професор хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, доктор хімічних наук
• Ємельянов В'ячеслав Олексійович- старший науковий співробітник, заступник декана хімічного факультету Новосибірського державного університету, кандидат хімічних наук
• Злотніков Едуард Григорович– доцент хімічного факультету Російського державного педагогічного університету ім. А.І. Герцена, кандидат хімічних наук
• Косминін Василь Васильович– доцент хімічного факультету Білгородського державного університету, кандидат хімічних наук
• Леєнсон Ілля Абрамович– доцент хімічного факультету МДУ ім. М.В. Ломоносова, кандидат хімічних наук
• Медведєв Юрій Миколайович- доцент, заступник декана хімічного факультету Московського педагогічного державного університету, кандидат хімічних наук
• Реутов Володимир Олексійович- професор, завідувач кафедри хімічних технологій хімічного факультету Далекосхідного державного університету, доктор хімічних наук
• Саморукова Ольга Леонідівна– доцент Російського хіміко-технологічного університету ім. Д.І. Менделєєва, кандидат хімічних наук (за згодою)

І.А.Тюльков, О.В. Архангельська М.В. Павлова

Система підготовки до олімпіад з хімії

Лекції 5-8

Педагогічний університет "Перше вересня"

Ігор Олександрович Тюльков, Ольга Валентинівна Архангельська, Марія В'ячеславівна Павлова

Матеріали курсу «Система підготовки до олімпіад з хімії»: лекції 5–8. - М.: Педагогічний університет "Перше вересня", 2009. - 96 с.

Навчально-методичний посібник

Редактор О.Г. Блохіна

Комп'ютерна верстка Д.В. Карданівська

Підписано до друку 17.06.2009.

Формат: 60×90/16. Гарнітура "Times New Roman".

Друк офсетний. Печ. л. 6,0 Тираж 200 прим. Замовлення №

Педагогічний університет "Перше вересня", вул. Київська, б. 24, Москва, 121165 http://edu.1september.ru

І.А. Тюльков, 2008О.В. Архангельська, 2008М.В. Павлова, 2008

Педагогічний університет "Перше вересня", 2008

Лекція № 1. Основні цілі та завдання олімпіадного руху в контексті сучасної освіти в Росії. Історія хімічес-

1 кого олімпіадного руху у Росії. Система хімічних олімпіад та творчих конкурсів у Росії. Роль хімічних олімпіад в освіті та науці.

Лекція № 2. Методика підготовки та проведення олімпіад різного рівня. Організація хімічних олімпіад: від про-

1 стого до складного. Підготовча, основна та заключна стадії організації олімпіад. Система дійових осіб олімпіади, їх роль.(Тюльков І.А., Архангельська О.В.)

Лекція № 3. Концептуальна основа змісту олімпіадних за-

дач. Зразкова програма утримання різних етапів хімічних олімпіад: жорсткі межі чи орієнтири для підготовки?

1 Класифікація олімпіадних завдань. Завдання хімічних олімпіад: від етапу етапу, відтурактуру.(ТюльковІ.А., АрхангельськаО.В.)

Контрольна робота №1

Лекція № 4. Методика вирішення завдань, що включають «ланцюжок»

1 перетворень. Класифікація завдань із схемами перетворень. Тактика і стратегія вирішення олімпіадних завдань з «ланцюжком

ками». (Тюльков І.А., Архангельська О.В., Павлова М.В.)

Лекція № 5. Методика вирішення завдань з фізичної хімії (1).

2 потермохімії. Завдання з використанням понять «ентропія» і «енер-

гіяГіббса». (ТюльковІ.А., АрхангельськаО.В.,ПавловаМ.В.)

Лекція № 6. Методика вирішення завдань з фізичної хімії (2).

Завдання на хімічну рівновагу. Завдання покинетике. (Тюльков

2 І.А., АрхангельськаО.В.,ПавловаМ.В.)

Контрольна робота №2

Лекція № 7. Методичні підходи до виконання експерименту

2 тальних завдань. Класифікація завдань експериментального туру. Практичні навички, необхідні для успішного виконання експерименту

ментальних завдань.(ТюльковІ.А., АрхангельськаО.В.,ПавловаМ.В.)

Лекція №8. Методичні засади підготовки школярів колімпіадам. Використання сучасних педагогічних технологій при підготовці колімпіадам різного рівня. Тактика і стратегія підготовки та участі в олімпіадах. Організаційно-

2 методична роботавчителя-наставника. Методичні підходи до складання олімпіадних завдань. Олімпіади як засіб підвищення кваліфікації педагогів-наставників. (ТюльковІ.А., АрхангельськаО.В.,ПавловаМ.В.)

Підсумкова робота

Лекція №5

Методика вирішення завдань з фізичної хімії (1)

Завдання з термохімії

Будь-яка хімічна реакція супроводжується поглинанням миловиділенням енергії (ΔЕ), цю енергію прийнято називати «тепловий ефект реакції». цьому енергія виділяється у зовнішнє середовище). У випадку, якщо енергія, витрачена на розрив хімічних зв'язків, більша за енергію, що виділяється при утворенні інових хімічних зв'язків, реакція протікає з поглинанням енергії.

Енергія, що супроводжує хімічні реакції, може приймати різні форми. У таблиці (табл.1) наведені деякі приклади реакцій, що йдуть з виділенням енергії.

	Таблиця 1
Види енергії, що виділяється
Рівняння хімічної	Вид енергії
NaOH (р-р) + HCl (р-р) =	Теплова
NaCl (р-р) + H2O (ж.)
Mg (тв.) + 1/2O2 (р.) = MgO (тв.)	Теплова та світлова
	Теплова і механічна (від-
	ходить зменшення обсягу реакції
NH3 (р.) + HCl (р.) = NH4 Cl (тв.)	вінної системи: з двох газовообраз-
	них речовин виходить тверде
	речовина), довкілля
	здійснює роботу над системою

	Рівняння хімічної		Вид енергії
			Теплова і механічна (відбувається-
	Zn (тв.) + 2HCl (р-р) =		ходить збільшення об'єму системи
			ми, т.к. виділяється газоподібне
	ZnCl2 (р-р) + H2 (р.)
			речовина), система здійснює
			роботу над довкіллям
	Zn (тв.) + Cu(р-р) =		Електрична та теплова
	Zn (р-р) + Cu (тв.)

Реакція, що супроводжується виділенням теплоти у навколишнє середовище, називається екзотермічноїреакцією. Реакція, що супроводжується поглинанням теплоти із навколишнього середовища, називається ендотермічноїреакцією.

Якосновна одиницявимірюваннятеплотивміжнародній системі одиниць (СІ) встановлено джоуль (Дж). У старих роботах як одиниці вимірювання зустрічається також калорія, рівна 4,184 Дж. В даний час вона зберігається як позасистемна одиниця для порівняння результатів сучасних робіт з експериментальними і довідковими даними, накопиченими за сотні років.

Рівняння хімічної реакції, в якому показаний енергетичний (зазвичай тепловий) ефект реакції на певну кількість будь-якої речовини (а також інші фактори, від яких залежить цей ефект), називається термохімічним рівнянням реакції.

Наука, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій, називається термохімією. Тепловий ефект хімічної реакції - виділилася або поглинута в хімічній реакції енергія

в виді теплоти (або механічної роботи, що також перетворюється

в кінцевому рахунку в теплову енергію).

Тепловий ефект реакції, виміряний при постійному тиску, позначається як Q р, ( термохімічнепозначення) або H р-ції (ентальпія реакції - термодинамічнийпозначення).

Q р = - H р-ції.

	Лекція №5
Теплота реакції дорівнює ентальпії цієї реакції, взятої зіратним
Надалі ми будемо користуватися позначенням Q вміс-
то Q р, т.к. розглядатися будуть лише реакції, що йдуть при
	постійному тиску-
	Векзотермічною
	реакції відбувається
	виділення теплоти з
	системи в оточую-
	щосередо(рис.1):
	Q> 0, H р-ції< 0.
	Наприклад, горе-
	ня вугілля:
Мал. 1. Ентальпія системи зменшується,	З + О2 = СО2.
енергія йде з системи у зовнішнє середовище,	Вендотермічній
ΔH р-ції< 0
	реакції відбувається
	поглинання теплоти
	системоювикриваю-
	щейсреды(рис.2):
	Q< 0, H р-ции > 0.

До ендотермічних реакцій відносяться деякі реакції розкладання, наприклад:

Мал. 2. Ентальпія системи збільшується, система забирає енергію із зовнішнього середовища, ΔH р-ції > 0

CaCO3 = CaO + CO2

всі реакції взаємодії азоту з киснем тощо.

Методика вирішення задач з фізичної хімії (1)

Чинники, що впливають на тепловий ефект хімічної реакції:

1) природа реагуючих речовин;

2) кількість реагуючих речовин;

3) агрегатні стани речовин;

4) алотропні чи поліморфні модифікації речовин. Перші два фактори, на наш погляд, очевидні. Вплив агрегатного

стану та алотропних модифікацій проілюструємо наступними прикладами.

1) Одержання з простих речовин сполуки з формулою Н 2 Про

в різних агрегатних станах (рис. 3).

Мал. 3. Енергетична діаграма отримання води із простих речовин:

∆Н1 – ентальпія реакції утворення води в газоподібному стані; ∆Н2 – ентальпія реакції утворення рідкої води; ∆Н3 – ентальпія реакції утворення води в кристалічному стані;

ції) води; ∆Н6 – ентальпія сублімації льоду

			Лекція №5
Термохімічні рівняння:
	(Р.) + 1/2O2	(Р.) = H2 O (Р.) + 242 кДж;
	(Р.) + 1/2O2	(Р) = H2 O (ж.) + 286 кДж;
	(Р.) + 1/2O2	(Р.) = H2 O (тв.) + 292 кДж.

Наведені дані наочно показують вплив агрегатного стану на тепловий ефект реакції:

Q 1< Q 2 < Q 3.

2) Горінняграфітаіалмазу,внаслідок якихвиходить одне

і та ж речовина – вуглекислий газ (рис. 4).

Мал. 4. Енергетична діаграма горіння графіту та алмазу:

∆Н1 – ентальпія утворення СО 2 (р.), чисельно рівна ентальпіі згоряння графіту;

фазового переходу графіт-алмаз

Термохімічні рівняння:

C (алм.) + O2 (р.) = СO2 (р.) + 395 кДж;

C (гр.) + O2 (р.) = СO2 (р.) + 393 кДж.

Методика вирішення задач з фізичної хімії (1)

пам'ятаємо вкотре, що –∆ H р-ції = Q .

Стандартна ентальпія утворення речовини (∆H об о р о ) – ентальпія реакції утворення 1 моль речовини з простих речовин у стандартному стані за стандартних умов (тиск 101 325Па, температура 298К). Наприклад, для кисню, водню, азоту таким стійким станом є газоподібний, для вуглецю – графіт, для сірки – ромбічна модифікація, для води – рідкий стан, для більшості солей – твердий кристалічний стан тощо.

Ентальпія утворення простої речовини в стандартному стані за стандартних умов дорівнює нулю.

Якщо ∆ H обр речовини менша за нуль, це означає, що при утворенні цієї речовини енергія виділялася. Отже, для руйнування цієї сполуки енергію необхідно витратити. Чим більше енергії виділилося при утворенні речовини, тим вона, як правило, більш термодинамічно стійка.

Ентальпії утворення багатьох речовин дано у спеціальних довідниках.

Стандартна ентальпія згоряння речовини – ентальпія реакції згоряння (∆H згор про ) 1 моль речовини в газоподібному кисні прир (Про 2 ) = 1 бар. Теплота згоряння вуглеводню, якщо не зазначено особливо, відповідає окисленню вуглецю до СО 2 (р.), водню до Н 2 Про (ж.). Для інших речовин у кожному випадку прийнято вказувати продукти, що утворюються. Наприклад, можна записати такі термохімічні рівняння:

СH3 OH(ж.)+1,5O2 (р.)=СO2 (р.)+2H2 O(ж.)+726кДж;

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

2H2 O (ж.) + 685 кДж;

FeS(тв.)+1,75O2 (р.)=0,5Fe2 O3 (тв.)+SO2 (р.)+828кДж;

CН3 NH2 (р.) + 2,25O2 (р.) = CO2 (р.) + 2,5H2 O (ж.) + + 0,5N2 (р.) + 1768,5 кДж.

	Лекція №5

Ще раз підкреслимо, що ентальпівигоряння метанолу, хлоретану, сульфіду заліза (II) і метиламіну рівні –726, –685, –828, –1768,5 кДж відповідно.

Зазвичай школярі і навіть студенти насилу засвоюють визначення ентальпій освіти і згоряння речовин. Для зняття цього бар'єру корисно звернутися до алгоритму побудови визна-

лення.Наприклад,призначенністандартної ентальпії утворення речовини слід відповісти наступні навіючі запитання.

1) Ентальпія якої реакції?

(Хімічна реакція освіти.)

2) Яка кількість речовини має утворитися під час цієї реакції?

3) З чого утворюється ця речовина?

(З простих речовин.)

4) У якому стані повинні бути взяті вихідні речовини?

(У стандартних станах.)

5) У яких умовах має протікати реакція?

(У стандартних умовах.)

Послідовні відповіді на поставлені питання складаються у визначення. Стандартна ентальпія утворення речовини (∆H обр) – ентальпія хімічної реакції утворення 1 мольречовини з простих речовин, взятих у стандартних станах за стандартних умов. Аналогічно «будуються» визначення ентальпії реакцій згоряння речовини, фазового або алотропного переходу, утворення хімічного зв'язку та ін.

Виберіть рівняння реакції, ентальпія якої дорівнюватиме стандартній ентальпії утворення сульфіту міді(II) (CuSO3 ):

а) Cu (ат.) + S (ат.) + 3O (ат.) = CuSO3 (тв.); б) CuO (тв.) + SO2 (р.) = CuSO3 (тв.);

в) Cu (тв.) + S (ромб.) + 1,5 O2 (р.) = CuSO3 (тв.); г)2Cu(тв.)+2S(ромб.)+3O2 (р.)=2CuSO3 (тв.).

480 руб. | 150 грн. | 7,5 дол. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC", BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Дисертація - 480 руб., доставка 10 хвилин, цілодобово, без вихідних та свят

240 руб. | 75 грн. | 3,75 дол. ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC", BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 години, з 10-19 (Московський час), крім неділі

Тюльков Ігор Олександрович. Вивчення курсу загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системоутворюючого фактора: Дис. ... канд. пед. наук: 13.00.02: Москва, 2001 177 c. РДБ ОД, 61:02-13/833-6

Вступ

Глава 1. Курс загальної хімії у системі хімічної освіти вищої та середньої школи.

1.1 Аналіз змісту курсів загальної хімії, що вивчаються у вузах та середній школі 8

1.2. Хімічна термодинаміка в курсі загальної хімії 19

1.3. Методи навчання загальної хімії у вузах 24

1.4. Семінар у системі навчання студентів загальної хімії. Методичні підходи до проведення семінарських занять із загальної хімії у вузі та їх обґрунтування 29

1.5. Роль комп'ютера у процесі на семінарі під час навчання загальної хімії 34

1.6. Контроль та діагностика результатів навчання студентів на семінарських заняттях...39 Глава 2. Формування концепції навчання студентів загальної хімії на семінарських заняттях на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора 46

2.1. 46

2.2. Побудова семінарських занять із загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора 49

Глава 3. Організація та проведення формуючого експерименту з навчання студентів загальної хімії на семінарських заняттях на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора 57

3.1 Проведення семінару з хімічної термодинаміки з різних методик 57

3.2 Методика оцінювання ефективності проведення семінару з хімічної термодинаміки

3.3 Порівняння результатів трьох варіантів навчання 65

3.5. Дослідження методики проведення семінарів із загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора 69

3.6. Результати дослідження ефективності проведення семінарських занять із загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора та обговорення результатів 73

Література 94

Додатки 108

Додаток 1. Зміст хімічної термодинаміки у програмах із загальної хімії Додаток 2. Міжпредметні зв'язки, виявлені під час аналізу програм із загальної хімії 111

Додаток 3. Тест з хімічної термодинаміки 112

Додаток 4. Плани семінарських занять 144

Додаток 5. Результати виконання завдань констатуючого дослідження у 1998/1999

та 1999/2000 навчальних роках 148

Додаток 6. Приклади завдань колоквіумів та результати виконання завдань колоквіумів студентами географічного, геологічного факультетів та факультету фундаментальної медицини МДУ 153

Додаток 7. Результати виконання завдань підсумкової роботи студентами географічного, геологічного факультетів та факультету фундаментальної медицини МДУ 170

Введення в роботу

Вища освіта націлена на навчання фахівців широкого профілю, здатних до постійного творчого пошуку та набуття нових знань. Основними цілями навчання загальної хімії є:

Створення міцного фундаменту теоретичних знань із загальної хімії, необхідних для успішного вивчення інших хімічних дисциплін, передбачених навчальним планом відповідних спеціалізацій (фізична, аналітична, колоїдна, органічна хімія та ін.), а також ряду навчальних дисциплін, пов'язаних з хімією (гідролог кристалографія, екологія, біохімія, біофізика та ін.)

Формування у студентів прийомів наукового мислення для поповнення та застосування знань під час вирішення науково-дослідних проблем.

У практиці викладання курс семінарських занять із загальної хімії будується лінійно. У подібно побудованому курсі окремі теми утворюють безперервну послідовність тем (хімічна термодинаміка, кінетика, рівноваги в розчинах неелектролітів та електролітів тощо), які за час навчання опрацьовуються один раз. За такої структури викладу знання, не засвоєні студентами належним чином попередніх семінарах, що неспроможні повною мірою використовуватися щодо наступних тем, отже, ефективність навчання падає. Під час вивчення кожної наступної теми учні мають активно залучати раніше отримані знання. Однак цього не відбувається через описану вище причину, а також через низьку мотивацію студентів до вивчення курсу загальної хімії. Негативну роль грає мала пов'язаність тем семінарів. Найчастіше послідовність тем є історично сформованою чи довільно обраною вузом, Викладачі часто не пояснюють студентам мети вивчення хімії на природничих факультетах і не показують перспектив вивчення хімії. Не виявляються міжпредметні зв'язки між хімією та предметами, що вивчаються студентами на своїх факультетах чи потоках. У результаті знання студентів з хімії набувають формального характеру. Це виявляється в тому, що:

Знання, що формуються при запам'ятовуванні матеріалу без розуміння його застосування
ня.

Відсутнє співвідношення отриманих знань з колишніми уявленнями та
поняттями (спостерігається так зване відокремлення знань).

Таким чином, основна проблемадослідження полягає у формальності знань із загальної хімії у студентів нехімічних природничих спеціальностей вузів. Традиційна побудова курсу семінарів із загальної хімії та методи, що використовуються при навчанні, не сприяють формуванню усвідомлених та системних знань із загальної хімії для подальшого вивчення хімії у вузі.

4 Вирішення цієї проблеми лежить у розробці підходу до навчання хімій, в основі

якого лежить посилення взаємозв'язків між різними розділами курсу. Це можливо при використанні фундаментального розділу курсу загальної хімії як системоутворювальний фактор. Під системоутворюючим факторомми розуміємо систему теорій, законів і понять, які пов'язують розділи в єдиний курс.

Термодинаміка є одним із основних розділів курсу загальної хімії у вузі. Найчастіше навчання студентів природничих нехімічних спеціальностей починається з цього розділу. Енергетичні зміни є внутрішньою сутністю хімічних процесів, що дозволяють глибше зрозуміти закономірність їхнього протікання.

У зв'язку з цим актуальноюпредставляється розробка методики проведення семінарів із загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора.

Актуальність обумовлена:

необхідністю усунення формалізму знань із загальної хімії у студентів природничих спеціальностей вузів;

назрілими у вищій школі умовами для побудови курсу загальної хімії на основі системоутворюючого фактора;

слабкою розробленістю в методиці навчання хімії завдання побудови курсу семінарських занять із загальної хімії на основі системоутворюючого фактора.

Основна ідея роботиполягає у переосмисленні змісту курсу семінарів із загальної хімії та у розробці нового методичного підходу до навчання загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора.

Об'єкт дослідження: процес навчання загальної хімії на природничих факультетах вузів.

Предмет дослідження:структура курсу семінарських занять із загальної хімії на основі термодинаміки як системотворчого фактора

Цільданого дослідження полягає у розробці побудови змісту та організації навчання загальної хімії студентів природничих нехімічних спеціальностей вузів на основі хімічної термодинаміки, як системотворчого фактора.

У цій роботі була висунута гіпотеза,що формування міцного фундаменту знань з хімічної термодинаміки, побудова системи семінарів із загальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора, виявлення взаємозв'язку розділу хімічної термодинаміки з іншими розділами даного курсу та з іншими природничими дисциплінами, дозволить студентам усвідомити загальну хімію, на:

* отримання системних та усвідомлених знань із загальної хімії;

формування засад наукового мислення.

Мета та гіпотеза зумовили наступні Завдання дослідження:

I. Провести констатуюче дослідження:

а) проаналізувати педагогічну, методичну та наукову літературу на тему
прямування;

б) проаналізувати навчальні програми та навчальні плани, що використовуються на різний
них факультетах;

в) виявити вихідний рівень знань студентів.

ІІ.Розробити методично обґрунтовану концепцію побудови курсу семінарських
занять позагальної хімії на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фак
тора.

ІІІ.Розробити методичний підхід до проведення семінарських занять з курсу
щей хімії:

а) розробити систему семінарів із загальної хімії, побудовану на основі хімічної
термодинаміки як системотворчого фактора;

б) розробити методику проведення семінару з хімічної термодинаміки.

IV. Перевірити ефективність запропонованого методичного підходу.
Достовірність та обґрунтованістьнаукових положень та висновків забезпечено:

опорою на висновки психологічної науки, загальної та приватної дидактики;

використанням різноманітних методів дослідження, адекватних поставленим завданням.

У роботі використовувалися такі методи дослідження: аналіз психолого-педагогічної літератури з проблеми дослідження, методи констатуючого дослідження та формуючого експерименту, системний підхід, методи педагогічного дослідження з використанням спеціально розроблених завдань для діагностики знань, що формуються, тестування, якісний та кількісний аналіз відповідей студентів, математична обробка результатів дослідження та їх методична інтерпретація.

Дослідження проводилося у кілька етапів (1996 – 2000 рр.):

Констатуюче дослідження, що дозволило теоретично вивчити стан досліджуваної проблеми, визначити цілі, предмет, завдання, гіпотезу дослідження.

Теоретичний етап розробки концепції побудови курсу семінарських занять із загальної хімії з урахуванням хімічної термодинаміки як системотворчого чинника.

Експериментальний етап з організації та проведення педагогічного експерименту з метою перевірки ефективності проведення семінару з хімічної термодинаміки. Аналіз та інтерпретація результатів цього етапу дослідження.

Експериментальний етап щодо організації та проведення педагогічного експерименту з метою перевірки висунутої робочої гіпотези.

Заключний етап з аналізу та інтерпретації результатів педагогічного експерименту, узагальнення результатів всього дослідження, формування наукових висновків.

Наукова новизна:

Створено нову систему навчання студентів на семінарах із загальної хімії, в основу якої покладено хімічну термодинаміку, як системоутворюючий фактор.

Створено комплект дидактичних матеріалів для методичного забезпечення пропонованого курсу (плани семінарів, комп'ютерна програма з хімічної термодинаміки, що тестує, комплекс завдань вступного, рубежного та підсумкового контролю).

Теоретична значущість роботиполягає у створенні методичних засад курсу семінарських занять із загальної хімії, побудованого на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора. Обґрунтовано необхідність побудови курсу на основі цього підходу.

Практична значимість роботи:запропонований методичний підхід до створення та використання системи семінарських занять із загальної хімії дає можливість застосовувати його при навчанні загальної хімії у вузі.

Достовірність результатівобумовлена ​​??вибором адекватних сучасних методів дослідження, позитивними значеннями показників ефективності розробленого підходу до навчання загальної хімії.

Апробація та впровадження результатів.

Результати дослідження обговорювалися на:

VIII Міжнародній конференції-виставці "Інформаційні технології освіти", Москва, 1998 р.;

Всеросійському науково-методичному семінарі у МПГУ ім. В. І. Леніна, 1998 р.

наукової конференції «Ломоносівські читання-99», Секція «Методичні проблеми безперервної освіти», підсекція «Хімія та екологія», Москва, 1999;

Міжнародної науково-практичної конференції «Удосконалення викладання хімії у школі та вузі», Іркутськ, 1999 р.

Міжнародному конгресі «Наука та освіта на порозі ІІІ тисячоліття». Мінськ, 2000 р.

7 XLVIII Герценовських читаннях (Всеросійської науково-практичної конференції з міжнародною участю "Актуальні проблеми сучасної хіміко-педагогічної та хімічної освіти"), С.-Петербург, 2001 р. на засіданні лабораторії хімії ІОСО РАТ, 2001 р.

засіданні кафедри неорганічної хімії та методики навчання хімії МПГУ ім. В. І. Леніна, 2001 р.

Результати дослідження використовуються на практиці роботи кафедри загальної хімії хімічного факультету Московського державного університету ім. М. В. Ломоносова.

Структура та обсяг дисертації.Робота складається із вступу, трьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Її зміст викладено на 107 сторінках. Повний текст дисертації складається із 177 сторінок. До роботи включено 55 малюнків, 17 таблиць, 3 схеми. Список використаної літератури містить 229 найменування, їх 23 іноземними мовами. У додатках наводяться зміст розділу «Хімічна термодинаміка» у різних програмах загальної хімії; міжпредметні зв'язки, виявлені під час аналізу програм із загальної хімії; повний текст тесту з хімічної термодинаміки, розроблений автором; результати виконання студентами завдань контрольного зрізу знань учнів; варіанти завдань колоквіумів та результати їх виконання; результати виконання завдань підсумкової роботи.

На захист виносяться такі положення:

Використання хімічної термодинаміки як системоутворюючого фактора потребує перебудови змісту семінарів та їхньої послідовності в курсі загальної хімії.

Побудова семінарських занять на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора сприяє формуванню у студентів основ наукового мислення, а також системних та усвідомлених знань із загальної хімії.

Аналіз змісту курсів загальної хімії, що вивчаються у вузах та середній школі

Більшість вузівських підручників орієнтоване на систему понять про речовину. У цих підручниках спочатку виносяться розділи «будова атома», «хімічний зв'язок», «періодичний закон Д. І. Менделєєва».

Слід зазначити, що послідовність викладу навіть цих трьох розділів загальної хімії різна у різних авторів. Так у навчальних посібниках, порядок викладу прийнятий наступний: будова атома - періодичний закон і періодична система елементів - хімічний зв'язок. У ряді інших посібників ця послідовність інша: періодичний закон та періодична система елементів – будова атома – хімічний зв'язок.

p align="justify"> Аналіз побудови курсів, орієнтованих на систему понять про речовину, показує, що загальним для значного числа курсів є побудова в наступній послідовності: будова атома - хімічний зв'язок - опис властивостей хімічних елементів та їх сполук. Подібна побудова, мабуть, поєднується ідеєю, яку чітко висловив Я. А. Угай: «Ідея взаємозв'язку хімічної будови речовини... її властивостей проходить червоною ниткою через весь курс неорганічної хімії. У зв'язку з цим звертається особлива увага на теорію хімічної будови А.М. сторони та її властивостями - з іншого».

Необхідно відзначити, що О. М. Полторак і Ю. А. Пентін у своїх роботах аргументовано показують, що пошуки однозначного зв'язку між будовою молекул та хімічними властивостями речовини наперед приречені на неуспіх. Без знань основ хімічної термодинаміки та кінетики неможливо робити висновки щодо можливості протікання хімічного процесу, глибини та швидкості його протікання. Підтвердження цієї думки є і в Г. П. Лучинського: «Сучасний рівень розвитку хімії вимагає викладу курсу науки з позиції вчення про будову речовини та термодинаміки».

Другий тип підручників орієнтований на систему понять про хімічну реакцію, і їх набагато менше, ніж підручників першого типу. У цих підручниках першому плані виноситься вивчення закономірностей перебігу хімічних реакцій, тобто. термодинамічний та кінетичний аспекти.

У різних підручниках різна послідовність викладу основ хімічної термодинаміки та кінетики. У підручниках автори ставлять перше місце хімічну термодинаміку, але в друге - кінетику. В інших посібниках та підручниках [11, 49, 183, 184, 222, 229] пропонується порядок: кінетика – термодинаміка.

Крім того, як зазначалося вище, саме положення зазначених тем у курсі також суттєво різниться. Наприклад, у посібниках згадані теми викладаються слідом за будовою атома, періодичною системою та поняттям про хімічний зв'язок. У підручниках термодинаміка та кінетика розглядаються значно пізніше; вони фактично передують опису хімічних властивостей елементів та сполук.

Порядок викладу тим фактично ніким з авторів, крім ОС. Зайцева, Б. В. Некрасова, Г. І. Новікова та ряду інших, не обґрунтовується, і в існуючих підручниках спостерігається велика різноманітність послідовності їх введення.

Г. І. Новіков пропонує побудову навчального посібника, ґрунтуючись на "послідовності ступенів теоретичних засад хімії: стехіометрія, термохімії,

ергохімії (хімічна рівновага та основи хімічної термодинаміки), хронохімія (основи кінетики), початку вчення про будову речовини (будова атома, молекул, рідин, кристалів та сполук з невалентними зв'язками).

Б.В.Некрасов будує зміст підручника з урахуванням Періодичного закону Д. І. Менделєєва, Автор зазначає, що «...потрібно всіляко намагатися непросто «викладати» курс, яке логічно розгортати, що особливо важливо... під час розгляду теоретичних питань... Сама побудова має насамперед забезпечити можливість її логічного розгортання» .

Особливе місце займає навчальний посібник "Хімія. Сучасний короткий курс" О. С. Зайцева. Книга розрахована значною мірою на самостійне вивчення предмета, "мета книги - розвинути у студентів хімічне мислення, щоб майбутній фахівець міг самостійно вирішувати різні хімічні проблеми, а й перенести загальні методи наукової роботи на роботу за спеціальністю" . Автор зазначає, що розгляд стану речовини та хімічних реакцій дається на підставі фундаментальних теорій сучасної хімічної науки та їх взаємозв'язків. Логічною основою згаданого курсу є система знань про чотири фундаментальні навчання: про напрям хімічних процесів (хімічна термодинаміка) та їх швидкість (кінетика), теорію будови речовини та періодичність зміни властивостей елементів та їх сполук

Відбір матеріалу з хімічної термодинаміки для семінарських занять з курсу загальної хімії, побудованого на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора

Відбір матеріалу з хімічної термодинаміки для семінарських занять з курсу загальної хімії, побудованого на основі хімічної термодинаміки як системотворчого фактора

Як було показано вище (1.1), при побудові курсу загальної хімії найбільш прийнятною послідовністю викладу матеріалу є така: хімічна термодинаміка (без хімічної рівноваги) -» хімічна кінетика + хімічна рівновага - # розчини, рівноваги в розчинах - будова атома - хімічний зв'язок - періодичний закон Д. І. Менделєєва. Хімічна термодинаміка є основним розділом курсу загальної хімії, тому семінар з хімічної термодинаміки стоїть у різних курсах загальної хімії одним із перших. Знання, які формуються на цьому семінарі, слід вважати базовими. Там будується подальше вивчення курсу загальної хімії. Тому актуальною проблемою є відбір змісту хімічної термодинаміки, яка є системоутворюючим фактором для експериментального курсу семінарів із загальної хімії.

Відбір матеріалу з хімічної термодинаміки для проведення семінарських занять із загальної хімії було здійснено за такими принципами:

Відповідність матеріалу сучасному рівню науки;

Можливість використання матеріалу студентами у майбутній науковій діяльності;

Взаємозв'язок матеріалу семінару та матеріалу, представленого у підручниках та посібниках, рекомендованих студентам;

використання знань з інших дисциплін у межах вивченого на даний момент обсягу;

Обмеження матеріалу навчальною програмою та часом вивчення курсу загальної хімії;

наявність зв'язку матеріалу семінарів з іншими розділами курсу загальної хімії;

Наявність міжпредметних зв'язків із іншими дисциплінами.

На основі аналізу змісту розділу хімічної термодинаміки в програмах загальної хімії та літератури (в 1.1 і 1.2) розділ хімічної термодинаміки представляється системою що складається з п'яти складових, розташованих у наступній послідовності (див. схему I).

Як зазначалося в 1.2, розділ «Хімічна термодинаміка» має зв'язки практично з усіма розділами курсу загальної хімії, такими як:

Швидкість хімічної реакції. Механізми хімічних реакцій Каталіз;

Розчини. рівноваги в розчинах;

Окисно-відновні процеси;

Основи електрохімії;

Хімічний зв'язок;

Комплексні з'єднання;

Дисперсні системи;

Періодичний закон та періодична система хімічних елементів. Аналіз програм із загальної хімії та з інших природничо дисциплінам виявив, що розділ «Хімічна термодинаміка» має багато міжпредметних зв'язків (з біологією, геологією, медициною, екологією та іншими дисциплінами, які вивчають студенти природничих спеціальностей) (див. дод. 2, табл. 12). Слід зазначити, що у програмах із загальної хімії , міжпредметна інтеграція не виявлено повному обсязі.

У формуванні системних наукових знань важливу роль відіграє не тільки обґрунтовано відібраний предметний матеріал, а й послідовність його вивчення, яка, здебільшого, визначається такими трьома дидактичними принципами: системністю, доступністю та науковістю.

Проведення семінару з хімічної термодинаміки з різних методик

Для того, щоб студенти могли використовувати знання з хімічної термодинаміки, слід закласти повні та глибокі знання основ хімічної термодинаміки на перших семінарах. Тому спочатку досліджувалась ефективність проведення семінару з хімічної термодинаміки.

У 1996/97 навчальному році було проведено дослідження ефективності проведення семінару з хімічної термодинаміки.

Ми порівнювали методики проведення семінару з термодинаміки. Експеримент полягав у тому, що в трьох групах студентів (по 13 осіб) було проведено три типи семінару: загальноприйнятий семінар (семінар проводиться так, як він реалізується на потоці) комп'ютерний семінар (індивідуальна робота студентів з комп'ютерною навчальною програмою) комбінований семінар (комбінування індивідуальної роботи студентів з комп'ютерною навчальною програмою, обговорення найважливіших питань та пояснення важких понять)

Початковий рівень знань студентів був перевірений на першому семінарі (констатуюче дослідження). Їм було запропоновано виконати таке завдання: Дано рівняння реакції горіння графіту в кисні

1) Яка це реакція; екзо-або ендотермічна?

2) Розрахуйте масу графіту, необхідну для отримання 1179,3 кДж теплоти. Кількісні дані виконання запропонованого завдання наведено на рис. 3. По осі ординат відкладено відсоток успішності виконання завдань, тобто. % правильно виконаних завдань від загальної кількості завдань, по осі абсцис - номер питання завдання, яке перевіряє початковий рівень знань студентів. Маючи дані рис. 4, можна сказати, що тільки по 15% студентів у всіх групах можуть дати характеристику реакції теплового ефекту і можуть проводити термохімічні розрахунки.

Можна зробити висновок, що рівень знань студентів із хімічної термодинаміки перед навчанням практично однаковий. Слід зазначити, що більшість студентів до початку навчання загальної хімії не вміють проводити елементарні термохімічні розрахунки і характеризувати реакції з енергетичних ефектів.

У програмах та навчальних планах із загальної хімії семінар «Основи хімічної термодинаміки» йде одним із перших. На ньому закладаються термодинамічні знання, спираючись на які учні можуть розраховувати значення АН, AS, AG хімічних процесів та оцінювати важливу можливість протікання хімічних процесів у заданих умовах.

Основна мета цього семінару – закласти міцну основу знань з хімічної термодинаміки, оскільки успішне вивчення курсу загальної хімії неможливе без вирішення основних питань хімічної термодинаміки:

З яким тепловим ефектом відбувається процес?

Чи можливе мимовільне перебіг процесу, і за яких умов?

Яка глибина протікання хімічного процесу?

Для семінарів було відібрано один і той же навчальний матеріал, що включає основні закони та поняття хімічної термодинаміки.

Семінар у загальноприйнятому варіанті проводився за методикою, яка використовується більшістю викладачів вузів для пояснення основних понять термодинаміки. У цій методиці основний час приділялося пояснення викладачем навчального матеріалу та навчання студентів навичкам вирішення типових завдань. На початку заняття проводиться фронтальна робота з актуалізації знань, отриманих учнями на попередній лекції з хімічної термодинаміки. Потім викладач знайомить студентів з поняттями: хімічні системи, тепловий ефект реакції, процеси з виділенням та поглинанням теплоти, стандартні та нормальні умови, ентальпії різних процесів: утворення речовин, утворення хімічного зв'язку, фазового переходу та згоряння речовин. Особлива увага приділяється вирішенню завдань на закон Гесса та наслідків із нього. Далі студенти знайомляться з поняттям ентропії, другим та третім законом термодинаміки, вільною енергією та енергією Гіббса, критерієм мимовільного перебігу хімічних процесів. Студенти вирішують завдання на знаходження значення ентропії та вільної енергії Гіббса та роблять висновки про принципову можливість мимовільного перебігу хімічних процесів.

Для проведення семінару за комп'ютерною методикою було використано комп'ютерні навчальні програми, розроблені колективом кафедри загальної хімії Хімічного факультету МДУ. Вони являють собою універсальний інваріантний засіб, що поєднує можливість використання діалогу, банку даних, текстової інформації, проведення розрахунків і тестового контролю. У програмах чергується листовий матеріал з поетапним контролем знань того, хто навчається. Вони побудовані в режимі діалогу, що дозволяє здійснювати ефективний зворотний зв'язок у навчанні і своєчасно вносити корекцію у хімічні знання, що формуються у навчаються. Студент самостійно працює з програмами, отже, сам контролює процес власного навчання та визначає зручний для себе темп засвоєння матеріалу.