Хімічний експеримент у політехнічній підготовці майбутніх інженерів хіміків-технологів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Хімічний експеримент у політехнічній підготовці майбутніх інженерів хіміків-технологів

Лілія Сушенцева,

Ірина Косцова

У статті обґрунтовуються роль і значення формування експериментальних умінь студентів хіміків-технологів у їх фаховій підготовці, а також методика формування їх експериментальних умінь на лабораторних заняттях із хімії.

Ключові слова: хімічний експеримент, лабораторні заняття із хімії, малі гомогенні групи, рівнева диференціація завдань.

В статье обосновываются роль и значение формирования экспериментальных умений студентов химиков-техноло- гов в их профессиональной подготовке, а также методика формирования их экспериментальных умений на лабораторных занятиях по химии.

Ключевые слова: химический эксперимент, лабораторные занятия по химии, малые гомогенные группы, уров- невая дифференциация задач.

In the article the role and importance of experimental skills of students forming chemical engineer in their professional training, and methods of forming their experimental skills in laboratory studies of chemistry.

Keywords: chemical experiment laboratory studies of chemistry, homogeneous small group level differentiation tasks.

Мета: обґрунтувати важливість хімічного експерименту і формування експериментальних умінь у політехнічній підготовці майбутніх інженерів хіміків- технологів.

Постановка проблеми в загальному вигляді. Хімічні дисципліни: загальна, неорганічна хімія та будова речовини; органічна, фізична, аналітична хімія - невід'ємні складові циклу природничо- наукових дисциплін у підготовці фахівців вищих навчальних закладів напрямку підготовки 0916 "хімічна технологія та інженерія".

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Особливості економічного і соціального становища нашої держави на сучасному етапі вимагають послідовного реформування політехнічної освіти, метою якої постає підготовка фахівців, здатних до конкурентоспроможності як на державному, так і світовому ринку, у тому числі фахівців коксохімічного профілю. Сьогодні роботодавці на виробництвах, які працюють із застосуванням нових технологій і сучасної практики, модернізації і реконструкції, з обов'язковим урахуванням екологічної складової, енерго- та ресурсозбереження, висувають високі вимоги до рівня професійної підготовки молодих фахівців. Це потребує значного коригування та переосмислення змісту, організаційних форм, матеріально-технічної бази навчання, а також утілення ефективних педагогічних технологій [6, 8].

Виклад основного матеріалу. В умовах реформування політехнічної освіти ставиться питання про зміни її характеру на особистісно зорієнтований, тобто розвиток всебічно розвиненої особистості, розкриття творчого потенціалу людини з метою максимізації продуктивності й ефективності її професійної діяльності [14]. А це можливо через модернізацію навчального змісту і, в першу чергу, природознавчих (хімічних) дисциплін, де використовуються наукові методи, засновані на експериментах і спостереженнях, які сприяють активізації дослідницької діяльності студентів, формуванню їх наукового мислення, розвитку в них навички самостійного здобування та використання отриманих знань у реальних життєвих ситуаціях, виробленню в молодих людей здатності до самовдосконалення та самореалізації, формуванню творчого підходу до праці.

Так, наприклад, в освітньо-професійній характеристиці Криворізького металургійного інституту ДВНЗ КНУ (Галузевий стандарт вищої освіти) для отримання студентами освітньо-кваліфікаційного рівня "Бакалавр" напряму підготовки 0916 "Хімічна технологія та інженерія" зазначено такі фахові уміння

[4]:

* використовуючи типове лабораторне обладнання та вимірювальну апаратуру, типові методи та устаткування, інструкції та довідкові дані, в умовах хімічної лабораторії або хімічного виробництва виконувати фізико-хімічні експерименти з хімічними системами в твердій, газовій фазах та розчинах з метою визначення необхідних фізико-хімічних даних для технологічного регламенту або технологічних задач;

• застосовуючи типове лабораторне обладнання та вимірювальну апаратуру, типові методи та устаткування, інструкції та довідкові дані, в умовах хімічної лабораторії або хімічного виробництва виконувати синтез неорганічних сполук у твердій фазі та розчинах для виконання технологічного процесу;

• використовуючи дані про властивості матеріалів, закономірності тепломасообмінних процесів, алгоритми типових методів вирішення задач обчислювальної математики та комп'ютерну техніку, моделювати хіміко-технологічні процеси випуску базової хімічної продукції в умовах науково-дослідної або проектної установи, виробництва для розробки технічного завдання, технологічного процесу.

Для отримання студентами магістерського ступеня з цього ж напряму вказано на більш досконалі фахові вміння [5]:

• використовуючи наукові положення переробки горючих копалин в умовах лабораторії або виробництва для визначення даних до технічного завдання, сформулювати мету виконання дослідження (створення нового об'єкта, напрямок вдосконалення існуючого, визначення або прогнозування ключових параметрів і властивостей системи та ін.);

• використовуючи наукові положення хімічних та інженерно-хімічних наук, інформатики, математики, електротехніки, методи наукових досліджень, в умовах лабораторії або виробництва розробити програму виконання досліджень технологічного об'єкта з метою одержання даних для складання ТЕО;

• використовуючи відомі алгоритми обробки даних та моделювання, наукові положення і технології переробки горючих копалин, виконати експеримент, систематизувати й аналізувати дані дослідів (моделювання) з метою одержання даних для складання ТЕО;

• використовуючи методику дослідження, за допомогою приладів і обладнання уміти провести експеримент;

• використовуючи довідкову літературу, за допомогою методів математичної обробки експериментальних даних і ПЕОМ уміти проаналізувати одержані результати та зробити висновки;

• використовуючи нормативно-технічну документацію, за допомогою набутих знань та практичних навичок уміти виконати порівняльний аналіз результатів досліджень з досягнутими практичними показниками виробництва;

• використовуючи результати аналізу досліджень, уміти визначати параметри для подальшої оптимізації процесу;

• використовуючи результати досліджень, за допомогою відповідних правил та практичних навичок уміти скласти звіт з дослідження.

Оскільки в новому стандарті освіти особлива увага приділяється необхідності засвоєння науково-дослідницьких пізнавальних умінь (scientific inquiry), то саме в природознавчих науках, у тому числі в хімії, яка вивчається студентами хіміко-технологічного напряму, особливе значення приділяється пізнанню природних об'єктів та явищ безпосередньо через хімічний експеримент.

Хімічний експеримент є одним із засобів навчання, активізації пізнавальної діяльності, виховання стійкого інтересу до предмета та важливою умовою формування уявлень про практичне застосування хімічних знань. Про роль експерименту в навчанні хімії зазначав ще М. Ломоносов: "Хімії ніяким чином навчитися неможливо, не беручись за хімічні операції" [11, 5]. На думку методистів В. Полосіна, Г. Хомченка, Л. Цвєткова, І. Лернера, Д. Кірюшкіна, О. Астахова, Т. Назарової, Г. Ніколаєвої, Н. Буринської, А. Грабецького, А. Грабового [1, 2, 7,10,12,13], експеримент є об'єктом вивчення, методом дослідження та засобом набуття нових знань. Для нього характерні три основні функції: пізнавальна - для засвоєння основ хімії, постановки і вирішення практичних проблем, виявлення значення хімії в сучасному житті; виховна - для формування багатьох кращих людських рис; розвивальна - для набуття і вдосконалення за- гальнонаукових, практичних умінь і навичок, залучення студентів до активного мислення, розвитку в них навичок дослідників.

Особливе місце в хімічній підготовці студентів хіміко-технологічного напряму посідає лабораторний практикум із дисциплін: загальна, неорганічна хімія та будова речовини; органічна, фізична, аналітична хімія. Він реалізує два головних дидактичних принципи вищої школи: зв'язок теорії з практикою; міцність засвоєння знань [9].

У процесі дослідження було зроблено висновок про необхідність:

• посилення інтеграції природничих знань;

• посилення практичної спрямованості навчання хімії;

• збільшення частки продуктивних і творчих форм роботи під час вивчення хімії за рахунок зменшення частки репродуктивної діяльності;

• удосконалення системи контролю навчальних досягнень за допомогою систематичного використання тестів (навчальних, самоконтролю, контрольних) у навчальному процесі;

• збільшення частки завдань для перевірки різноманітних видів діяльності, завдань, які перевіряють експериментальні вміння студентів;

• упровадження диференційованих завдань при проведенні контрольних та лабораторних робіт.

Більшістю дидактів і методистів уміння визначається як готовність до цілеспрямованого виконання розумових та фізичних дій при змінних умовах. При цьому дії усвідомлені, відповідають поставленій меті, ті, котрі працюють, вибирають найбільш правильні та найкоротші шляхи [3].

Експериментальні вміння, які формуються в процесі навчання хімії, у методичній літературі поділяють на п'ять груп [7, 12]:

1. Організаційні: планування експерименту; добір реактивів та обладнання; підготовка форм звітності; раціональне використання часу, засобів, методів та прийомів у процесі виконання роботи; здійснення самоконтролю; утримання робочого місця в належному стані; самостійність у роботі.

2. Технічні: використання реактивів та хімічного обладнання; збирання приладів, установок із готових деталей та вузлів; виконання хімічних операцій; дотримання правил техніки безпеки.

3. Вимірювальні: вимірювання об'ємів рідин і газів; зважування; вимірювання температури і густини рідин; обробка результатів вимірювань.

4. Інтелектуальні: уточнення цілі й визначення задач експерименту; висування гіпотези; використання наявних знань; опис спостережуваних явищ та процесів; аналіз результатів експерименту; установлення причинно-наслідкових зв'язків; формулювання узагальнень і висновків.

5. Конструкторські: ремонт, удосконалення, виготовлення, графічне оформлення (малюнки, схеми) обладнання, приладів та установок.

Як зазначає видатний методист В. Полосін, формування експериментальних умінь - процес складний [12]. З одного боку, вони необхідні для того, щоб студенти, добре володіючи хімічним експериментом, змогли отримати свідомі та міцні фахові знання, з іншого, - вивчаючи окремі розділи або теми з хімії, студенти ще не мають необхідних умінь, щоб провести хімічний експеримент, на підставі якого вони можуть зробити розрахунки та висновки. Вихід з цього протиріччя вбачаємо в тому, що викладач починає формування умінь під час демонстраційних дослідів, звертаючи увагу студентів на правильність проведення окремих операцій, вказуючи на можливі помилкові дії. Наприклад, у курсі аналітичної хімії студентами вивчається тема "Основи титриметричного аналізу", у якій розглядаються теоретичні та експериментальні методи кількісного аналізу. Викладачем пояснюються принципи та зміст цього аналітичного методу, звертається увага на послідовність та правильність виконання операцій у ході хімічних експериментів, які будуть проводитись на лабораторних заняттях: відбір аліквоти, прийоми титрування, визначення об'єму титранта та точки еквівалентності. Вказується на можливі помилки при використанні прийомів титрування, підбору індикаторів, розрахунках еквівалентних концентрацій та кривої титрування тощо.

Викладач це може робити і під час проведення лекції, але, як показує досвід, особливо доречним це стане при обговоренні експериментальної частини лабораторної роботи, коли досліди, навіть і найпростіші, багаторазово повторюються самими студентами.

Як свідчить практика навчання хімії у вищій школі, більшість студентів-першокурсників недостатньо підготовлені до спостереження й осмислення хімічного експерименту. За результатами нашого дослідження, вони досить часто не розуміють мети конкретного досліду; не знають, який результат можна отримати, провівши той чи інший дослід; не вміють за зовнішніми ознаками побачити суті хімічного явища; не можуть робити висновки із власних спостережень; нарешті, не володіють необхідними експериментальними вміннями.

Результати спостережень за студентами-першокурсниками в ході виконання ними лабораторних робіт із дисципліни "Загальна, неорганічна хімія та будова речовини" показали, що більшість із них не володіє насамперед організаційними та технічними уміннями: не вміють правильно наливати рідину в пробірку, перемішувати суміш речовин у пробірці, нагрівати рідину в пробірці, використовувати металевий лабораторний штатив, індикатори, перевіряти герметичність приладу, неекономно витрачають реактиви. Деякі студенти правильно наливають рідину в пробірку з реактивної склянки, але допускають такі помилки: не закривають склянку кришкою після використання; зливають рідину назад у реактивну склянку; при наливанні рідини не слідкують, щоб етикетка прикривалась долонею; не знімають останню краплю з реактивної склянки. Спостереження показали, що далеко не всі студенти уміють правильно нагрівати рідину в пробірці і навіть бояться цього процесу.

Для насипання твердих речовин у пробірку більшість студентів застосовують ложечки і шпателі та тільки деякі насипають речовини, не використовуючи жодних пристосувань.

Багато з них робить безліч зайвих рухів та дій: вибризкують на підлогу краплі води, які залишились у пробірці після миття, збовтують рідину в пробірці після проходження хімічної реакції, декілька разів додають у пробірку одну й ту саму речовину, витрачаючи час на неодноразове просування до витяжної шафи.

Як зазначають методисти Г Хомченко, Ф. Платонов, І. Чертков, для того щоб хімічні експериментальні вміння формувались, удосконалювались та закріплювались, необхідне їх багаторазове повторення, а головне сумлінний контроль та облік за формуванням певного необхідного вміння в ході виконання кожної лабораторної роботи [13]. Для цього ми використовуємо карту обліку фахових експериментальних умінь.

Окрім характеристики якісних сторін експериментальних умінь з хімії ми визначаємо ще кількісну сторону, пов'язану з витратою часу на виконання експерименту. Це теж позначається в карті обліку фахових експериментальних умінь.

Для того щоб у ході виконання хімічного експерименту студенти не тільки здобували фахові знання й уміння, але і безпосередньо ознайомлювались із методами науково-хімічних досліджень, а також щоб експериментальні заняття з хімії мали виховне значення, ми їх організовуємо так, щоб студенти ставились до занять із зацікавленням, відчували їх важливість для майбутньої професійної діяльності й задоволення від творчої колективної праці.

Найбільш творчий - науково-дослідницький шлях, який відбувається за схемою і передбачає всі кроки проблемного навчання, сформульовані Д. Дьюі:

проблема - гіпотеза - експеримент (спостереження) - пояснення - висновки.

У ході дослідження ми дійшли висновку, що ефективність формування знань із хімії студентів напряму підготовки "Хімічна технологія та інженерія" підвищиться за умови застосування на лабораторних заняттях методики, побудованої на засадах навчального спілкування студентів у складі малих гомогенних груп та рівневої диференціації завдань.

На лабораторних заняттях із хімії студенти працюють у малих гомогенних групах (3-5 осіб). У кожній із них робота проводиться з наданням студентам диференційованих завдань різного ступеня складності і самостійності. Так, студенти групи А (репродуктивний рівень) працюють під керівництвом викладача, коли детально розглядається зміст запропонованих дослідів. Кожен розповідає зміст досліду, який має проводити, відповідає на поставлені запитання у змісті дослідів. За безпосередньою допомогою викладача та лідера групи, тобто колективно, розглядаються хід роботи, особливості роботи приладів, хімічні рівняння, обчислення, обговорюються запитання, поставлені у змісті дослідів. У випадку необхідності викладач складає рівняння, пояснює особливості перебігу хімічних реакцій, допомагає студентам зробити висновки. У разі неспроможності студентів самостійно зробити висновки їм пропонуються варіанти висновків.

У ході проведеного дослідження ми дійшли висновку, що в групі рівня А з низьким рівнем навчальних можливостей контроль і консультування викладача мають бути постійними.

У групі В (конструктивний рівень), яка працює під керівництвом лідера, немає необхідності детально розглядати проведення дослідів. Лідер групи ставить запитання для з'ясування готовності студентів до виконання дослідів. Вони відповідають на поставлені запитання в поданому змісті дослідів у дидактичних матеріалах лабораторного практикуму. Також студенти мають можливість поставити один одному, лідеру чи викладачеві запитання, з'ясувати незрозуміле у змісті дослідів, у роботі приладів, складанні рівнянь хімічних реакцій, поясненні особливостей їхнього перебігу. Студентам пропонується самостійно зробити висновки, у разі необхідності їм надається допомога. Вони самостійно проводять досліди під контролем лідера групи. У цій групі викладач вибірково контролює хід експериментальної частини лабораторного заняття.

У групі С (творчий рівень) студенти працюють самостійно під керівництвом лідера групи. Зміст дослідів не обговорюється, тільки з'ясовується незрозуміле. У цій групі викладач теж вибірково контролює обговорення та проведення експериментальної частини лабораторного заняття. Але, як показує досвід, для ефективної творчої діяльності такої групи перед проведенням заняття викладачеві необхідно провести консультацію з лідером групи або всіма її членами для обговорення основних етапів дослідницької роботи групи за кожним з дослідів, звернувши увагу на:

• теоретичне обґрунтування гіпотези дослідження;

• формулювання гіпотези дослідження;

• проектування проведення хімічного експерименту;

• обговорення умов проведення експерименту;

• попереднє обговорення очікуваних результатів експерименту.

Саме це забезпечує самостійність та чітку організацію роботи малої групи рівня С у ході заняття з максимальною її ефективністю, економне використання часу, створення оптимальних умов для проведення хімічного експерименту з подальшим спільним обговоренням його результатів, формулюванням та записом результатів спостережень і висновків.

Висновки. Формування експериментальних умінь на лабораторних заняттях із хімії сприяє поліпшенню професійної підготовки майбутніх хіміків-технологів. Хімічний експеримент виховує самостійність, наполегливість, спостережливість, кмітливість, зосередженість під час роботи, точність, охайність, ощадливість студентів; активізує їх дослідницьку діяльність, що сприяє формуванню наукового мислення, розвитку в них навички використання отриманих знань у реальних життєвих ситуаціях; розкриває творчий потенціал молоді, створює можливості для самовдосконалення і самореалізації.

хімія експериментальний лабораторний

Література

1. Астахов О. І. Методика і техніка хімічного експерименту в середній школі№ 1(42), 2016 In

2. О. І. Астахов, Г. М. Ніколаєва. - К. : Рад. школа, 1965. - 235 с.

3. Буринська Н. М. Про концептуальні підходи до реформування хімічної освіти / Н. М. Буринська // Хімія в школі. 2000. - № 5. - С. 46-49.

4. Вивюрский В. Я. О дифференцированном подходе к формированию экспериментальных умений / В. Я. Вивюрский // Химия в школе. - 1982. - №- С. 12-15.

5. Галузевий стандарт вищої освіти. Освітньо-кваліфікаційна характеристика. - Бакалавр. - Напрям підготовки: 0916 Хімічна технологія та інженерія. - Вид. офіційне. - Київ, 2003.

6. Г алузевий стандарт вищої освіти. Освітньо-професійна програма. Магістр. - Напрям підготовки: 0916 Хімічна технологія та інженерія. - Видання офіційне. - Київ. - 2006.

7. Гара Н. Н. Из опыта формирова ния экспериментальных умений - составной части политехнической подготовки студентов / Н. Н. Гара // Химия в школе. 1984. - № 6. - С. 47-51.

8. Грабовий А. Шкільний хімічний експеримент як метод пізнання / А. Грабовий // Біологія і хімія в школі. - 2011. - № 2. - С. 18-21.

9. Довженко О. В. Сорбонская и Болонская декларация: информация к размышлению / О. В. Довженко // Вестник высшей школы. - Alma mater. - 2000. - С. 23-27.

10. Заика Е. В. Психологические вопросы организации самостоятельной работы студентов в ВУЗе / Е. В. Заика // Практична психологія та соціальна робота. - 2002. - № 5. - С. 13-19.

11. Кирюшкин Д. М. Методика обучения химии / Д. М. Кирюшкин, В. С. Полосин. - М. : Просвещение, 1970.

12. Менделеев Д. И. Основы химии /Д. И. Менделеев. - 13-е изд. - Госхимиз- дат, 1947.

13. Полосин В. С. Формирование и значение экспериментальных умений учащихся / В. С. Полосин // Химия в школе. - 1972. - № 4. - С. 5-8.

14. Хомченко Г. П. Демонстрационный эксперимент по химии: пособие для учителей / Хомченко Г. П., Платонов Ф. П., Чертков И. Н. - М. : Просвещение, 1978.

15. Шинкаренко В. І. Специфіка вищої хімічної освіти в контексті Болонського процесу / В. І. Шинкаренко, Ю. І. Диво- няк // Хімічна освіта в контексті Болонського процесу: стан і перспективи: матеріали Всеукраїнської науково-практичної конференції / [за заг ред. В. П. Покася, В. С. Толмачової]. - К. : НТУ імені М. П. Драгоманова, 2006. - 308 с.

Размещено на Allbest.ru