Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методика обучения химии в вузе. Учебное пособие
.pdf
существованиедавленияперехода,влияниепримесейнапорядок
реакции)начинаетсяобсуждение.Вреальныхусловияхлекционной
аудитории,состоящейиз30–60студентов,происходиткороткий
мозговойштурм,студентывыступаютсместа,выдвигаяпредполо
женияопричинахизмененияпорядкареакции,активноиспользуя
учебныйопытизнанияобэнергииактивации,омолекулярности
реакций,механизмахихпротекания.
Лектороказываетсявролимодератора,направляющегоходоб
суждения.Примерноенаправлениеобсуждения.
Дляраспадасложнаямолекуладолжнаобладатьэнергией,достаточ
нойдляразрывасвязей.Откудаберетсяэтаэнергия?(Результатсоуда
рений«неактивных»молекулAснедостаточнойэнергией,перераспре
деленияэнергиимеждучастицамисобразованием«активной»A*
и«неактивной»A).
(1)A+A→A*+A(активация)
v1 = k1C
Какактивированнаямолекуламожет«избавиться»отизбыткаэнер
гии?(Дезактивироватьсяврезультатесоударения,распастьсяипревра
титьсявпродуктыреакции).
(2)A*+A→A+A(дезактивация)
v2 = k2CA*C
(3)A*→продукты
v3 = k3CA*
Процессыактивацииидезактивациипротекаютпо механизмуби
нарныхсоударений,обеспечиваяпостояннуюконцентрациюA*,что
позволяетсчитатьпроцесс стационарным(квазистационарным)иис
пользоватьдлявыводакинетическогоуравненияметодстационарных
концентрацийБоденштейна.
Послеотбораидейониоформляютсявтеоретическуюмодельхи
мическогопроцесса,т.е.классическуюсхемуЛиндемана,следует
традиционныйматематическийвыводнаосновеметодастационарных
концентрацийвновьсиспользованиемимеющегосяучебногоопыта
студента:
2
A
A
Скоростьобразованияпродуктов:
.
.
91
Далеевновьследуетвовлечениестудентовтеперьужевпроверку
полученногокинетическогоуравнениянадостоверностьописанияэкс
периментальныхфактов.
Привысокихдавлениях(вышедавленияперехода)концентрация
частицAвелика,числобинарныхсоударенийтакжебольшое,тоесть
быстропротекаютстадииактивацииидезактивации(1)и(2).Произ
ведение k2CA >> k3,кинетическоеуравнениеприобретаетвид
,тоестьуравненияпервогопорядка.
ПрипонижениидавленияСAуменьшается,k2CA<<k3,кинетическое
уравнениеприобретаетвид
,тоестьуравнениявторогопорядка.
Добавлениепоглощающихактивныечастицыпримесейпрактически
увеличиваетскоростьреакциидезактивации,соответствуявозрастанию
k2,вследствиечеговновьk2CA >> k3,кинетическоеуравнениевозвраща
етсякпервомупорядку:
.
Такимобразом,предложеннаятеоретическаямодельобъясняетиме
ющиесяэкспериментальныефакты.
Заключительныйвыводоправильностипредложеннойтеорети
ческоймоделибимолекулярногомеханизмаактивациимономолеку
лярныхреакцийвоспринимаетсябольшейчастьюстудентовкак
позитивнаяоценкаличноговкладаврешениепроблемы,понимания
сущностихимическихявленийипознавательныхспособностей.
Опытноэкспериментальнаяработапоказывает,чтоприисполь
зованииинтерактивныхформприлекционномизученииданнойтемы
наитоговойаттестациидаженесамыеакадемическиуспешные
студентыспособнывоспроизвестилогикурассужденийсиспользо
ваниемосновныхпонятийхимическойкинетикиипродемонстриро
ватьсоответствующиезнания;этотэкзаменационныйвопросвос
принимаетсяимикакнесложный.Притрадиционноммонологическом
чтениилекцииуровеньтогожевопросанаэкзаменеоцениваетсякак
сложный,чтоубеждаетвпреимуществеактивногопознанияинфор
мациивконтекстерешенияпроблемы.
92
Лекция-визуализациявнастоящеевремясамыйраспространенный
видинтерактивнойформылекционныхзанятий.Самоназваниеэтой
формыподчеркиваетиспользованиересурсовзрительноговосприя
тияинформации.Вкачествесредствнаглядностимогутприменяться
различныематериалы:натурныеобразцы,модели,схемы,плакаты,
кодопленки,видео,слайды.Наиболеераспространенымультимедий
ныепрезентации,которыесихвозможностямипредставленияин
формации,демонстрацииобъёмныхивращающихсямоделейхими
ческихобъектов,анимациипроцессов,включениявидеоопытов
отвечаютпотребностямсубъектовобученияитехническимвозмож
ностямлекционныхпомещений.
Винтерактивнойформелекциисиспользованиеммультимедийной
презентацииучебныйматериалчеткоструктурированипредставлен
всвернутомвиде. Этачастьработыпреподавателяпоподготовке
мультимедийнойпрезентацииявляетсянаиболееответственной.Во
времялекциипреподавательвместесостудентамиучаствуетвраз
ворачиванииматериала,комментируяинформациюиразличные
элементынаглядности,приэтомдлястудентаусвоениетемыпроис
ходитмаксимальноупорядоченно,ключевыемоментысодержания
выделены,содержаниесистематизированоивновьсвернутовна
глядныйобраз.Именнопроцессысвертыванияиразвертывания,
анализаисинтеза,идентификациии систематизацииэлементов
учебнойинформациихарактеризуютактивноевзаимодействиесту
дентасобразовательнойсредой.
Существуетещенесколькоинтерактивныхформлекций,которые
мыотносимкдополнительным,посколькуихиспользованиеэпизо
дично.
Бинарная лекция (лекция вдвоем)— интерактивнаяформалекци
онногозанятия,вформедиалогадвухлекторов(лектораиегогостя),
которыепредставляютразныеточкизренияилиразныеподходы
крешениюпроблемы.Например,темалекции«Учениеохимическом
процессе».Существуютдваважнейшихподходакописаниюхими
ческогопроцесса—термодинамическийикинетический.Двалек
торамогутпредставлятьэтиразныеподходы,обсуждаяследующую
проблемнуюситуацию.
ДляхимическойреакцииC(графит)+O
ное значение изобарноизотермического потенциала ΔG
(г)→CO2(г)стандарт
2
0
298
=
–394,4кДж.Этоозначает,чтопристандартныхусловиях(298К,
1атм.)реакциявозможнакаксамопроизвольная,тоестьтермо
93
динамическиразрешенавпрямомнаправлении,посколькуΔG<0.
Однако,углеродвмодификацииграфитприконтактескислородом
воздуханепревращаетсявуглекислыйгаз,тоестьреакциянеидет,
вчемможноубедиться,простопосмотревнакарандашна парте.
Имеющихсязнанийстудентанедостаточнодляобъясненияситуации,
итогдасовместноспредставителемтермодинамическогонаправле
ния(преподавателемхимическойтермодинамики)уточняютсягра
ницыприменимостиотрицательногозначенияэнергииГиббсакак
условиявозможностисамопроизвольногопротеканияхимического
процесса.Вотличиеотхимическойтермодинамики,котораяотвеча
етнавопросопринципиальнойвозможностипротеканияпроцесса,
химическаякинетикаописываеткакпротекаетреакция:покакому
пути(покакомумеханизму)искакойскоростью.Этуточкузрения
представляетпреподавательхимическойкинетики.
Наличиепроблемыроднитбинарнуюлекциюспроблемной,авоз
можностьактивногоконтактадвухлекторовмеждусобойисаудито
риейповышаетстепеньинтерактивности.Изнегативныхмоментов
следуетотметитьорганизационныепроблемы(экономическаяцеле
сообразностьотвлечениялекторагостяотосновныхпрофессиональ
ныхобязанностей,обоснованиеоплатыеготруда)иметодические
проблемы(необходимостькоррекциикалендарнотематического
планадисциплины,составлениеотдельнойметодическойразработки
клекционномузанятиюсучетомвкладалекторагостя).
Лекция — пресс-конференцияпредставляетсобойинтерактивную
формулекционногозанятия,проводимогопоокончанииизучениятемы
иливсейдисциплинысцельюсистематизациииобобщениязнаний.
Обсуждениеучебногоматериалапроисходитпотипу«вопросы—от
веты»,вопросызадаютстуденты,аотвечаетпреподаватель.Обязатель
нымусловиемявляетсязаранееподготовленныйвопросоткаждого
студента,которыйпередаетвопрослекторувписьменномвидедо
началалекции.Ознакомившисьсвопросами,лекторгруппируетих
исистематизируетучебныйматериал,расставляяакцентывсоответ
ствиисзаданнымивопросами.Качествовопросапомогаетпредвари
тельнооценитьпониманиестудентов,тематическаягруппировкаво
просовспособствуетправильномураспределениювремени.Элемент
импровизациивовремялекциитребуетвысокогоуровняпедагогиче
скогомастерстваиглубокойтеоретическойподготовкилектора.
Лекция-конференция сзаранеепоставленнойпроблемойисисте
мойдокладовстудентов,каждыйдлительностью5–10минутиобя
94
зательнымивопросамистудентовдругдругу,такжечащеиспользу
етсянаэтапахобобщенияматериала,номожетбытьинтерактивной
формойизучениянового.Предпочтительнопересечениетемдокла
дов,анеотносительносамостоятельныетемы.Этопоможетвпро
работкепроблемногополялекцииистанетпочвойдлязадаваемых
вопросовизаинтересованностивответах.Вконцепреподаватель
подводититогииформулируетосновныевыводы.
Лекция — провокация /лекция с заранее запланированными ошиб-
ками скорее представляетсобойметодическийприем привлечения
внимания студентов,чемсамостоятельнуюинтерактивнуюформу
обучения.Рассчитананастимулированиестудентовкпостоянному
контролюпредлагаемойинформацииипоискузапланированной
ошибкиилиошибок.Влекциипохимииобычнопланируютсодер
жательныеошибки,илиошибкивобозначениях,которыестуденты
способныпонятьнаосноверанееизученногоиливрезультателоги
ческихоперацийсравнения.Ошибкуилиошибкиможнопланировать
ивофрагментелекциисцельюпривлечениявнимания.Вконце
проводитсядиагностика:разборсделанныхошибок свыделением
проблемныхситуацийнаихоснове.Например,вразобранномвыше
фрагментесусловиемΔG<0,запланированнаяошибкаможетза
ключатьсявпропускеслова«самопроизвольный»применительно
кпроцессу,аразборпривлечьвниманиектомуфакту,чтоотрицатель
ноезначениетермодинамическогопотенциалаявляетсянеусловием
протеканияпроцессавообще,аименносамопроизвольногопротека
ния,ведьиприотрицательномΔGпроцессможноосуществить,за
тративэнергиюизвне(вопросдляобсуждения:извне—этооткуда?).
Кинтерактивнымформампрактическихилабораторныхзаня
тийотносяторганизуемуюпреподавателемсовместнуюучебную
деятельностьстудентов,нацеленнуюнадостижениецелейобучения
дисциплине(формированиекомпетенций).Мыужеотмечали,что
напрактическихилабораторныхзанятияхпохимииихимиче
скимдисциплинамучебноеобщениеивзаимодействиесубъектов
обученияаприорипроисходиткакповертикали(студент—препо
даватель),такипогоризонтали(междустудентами),ипреоблада
ютименноинтерактивныеформы,аименно:дискуссии,решение
95
кейсов,коллективныерешениязадач(ситуационных,практических,
проблемных),обучениевпарах/малыхгруппах/обсуждение
вгруппах,групповаяучебноисследовательскаядеятельность на
основехимическогоэксперимента,мозговойштурм,индивидуально
групповойколлоквиум,дидактическиеигрыпохимии,использова
ниеобщественныхресурсов.
Выделимтообщее,чтохарактернодляинтерактивныхформпро
веденияпрактическихилабораторныхзанятийвохимииввузе.
Группастудентовделитсянанесколькомалыхгруппилипары,ко
торыерасполагаютсяваудиториитак,чтобывестиобсуждениеили
выполнятьрасчетныеилиэкспериментальныедействия,приэтомне
теряяконтактспреподавателем.Делениенагруппыможетпроис
ходитьпожеланиюилипоуказаниюпреподавателя.Какправило,
средистудентовспервыхзанятийскладываютсямикрогруппыдля
выполнениялабораторныхработидругихзаданий;целесообразно
иногдаизменитьихсоставдляразвитиякомпетенцийсоциального
взаимодействияиреализациироливкоманде.Посколькупрактиче
скивсеинтерактивныеформыпредполагаютэтапыобсуждения,
выработкупозициииееозвучивание,вгруппевыделяютсяроли
спикера,эксперта,оппонента,причемэтиролимогут возникнуть
органичновработегруппыилибытьназначеныпреподавателем.
Дискуссия—обсуждениеконкретнойпроблемы(ситуации),со
провождающеесяобменомидеями,опытом,суждениями,мнениями
всоставегруппы.Темадискуссииформулируетсядоееначала.Дис
куссияможетбытьсамостоятельнойинтерактивнойформой,вэтом
случаеонамодерируетсяпреподавателем,иличастьюрешениякей
саилилюбогодругогоколлективногорешения,тогдамодерирование
осуществляетсяучастникамигруппы.Формадискуссииспособству
етформированиюкомпетенцийкоммуникации,тоестькультуры
общенияиведениядискуссии:высказыванияаргументированного
мнения,постановкивопросаиобоснованияответа.
Впроцессеколлективныхрешенийтакжеиспользуютсямозговой
штурм — начальныйспособпоискарешений,основанныйнафик
сированиивсехпредложений,принимаетсялюбойответобучающе
госяназаданныйвопрос.Участникидолжнызнать,чтонаэтом
этапеотнихнетребуетсяобоснованийответов.Обсуждениепово
дитсяпозжевформедискуссии.
Коллективное решение задачи или проблемыможностроитьпораз
нымсхемам.Впервомслучаеврешенииодновременнопринимают
96
участиевсестуденты,присутствующиеназанятии: ониотвечают
навопросыпреподавателя,задаютсвоивопросы,выдвигаютпред
ложенияипредположения.Вовторомслучае студенческаягруппа
разделяетсянамалыегруппы,имдаетсявремянарешениеединой
длявсехзадачи,затемзаслушиваютсяиразбираютсярешениякаждой
изних.Втретьемвариантекаждоймалойгруппепредлагаетсярас
смотретьподпроблемуилирешитьчастьзадачи,споследующим
подведениемитоговвсейгруппой.
Приведемпример коллективногорешениязадачиприизучении
кислородсодержащихорганическихсоединений
.Обобщениемате
риаланачатосупражненийпоопределениюпринадлежностисоеди
ненияктомуилииномуклассусиспользованиемтаблиц.
Преподавательприводитнесколькоформулсоединенийвеществ,
истудентыопределяютихместов различных классификациях,дают
названия,делаютвыводовзаимосвязистроенияисвойствкислородо
содержащихсоединений.Далеестудентыделятсянагруппыиполучают
задания.
Перваягруппа— объяснить,почемугомологическийрядаль
дегидовначинаетсясгазообразноговеществаформальдегида,асреди
одноатомныхспиртовикарбоновыхкислотгазовнет?Студенты,ис
пользуятаблицытемпературкипениягомологовтрехклассоввеществ:
спиртов,альдегидов,карбоновыхкислот,делаютвывод,чтомолекулы
спиртовикислотдополнительносвязаныдругсдругомводородными
связями.
Втораягруппа—объяснитьлогикуприведеннойпоследовательности
соединений,содержащихпоодномуатомууглерода:CH4CH3OHHCHO
HCOOHCO2.Студентыищутпричинноследственныесвязи,используя
изученныехимическиесвойстваспиртов,альдегидов,карбоновыхкис
лот,делаютвывод,чтокаждоепоследующеесоединениеполучаетсяпри
окислениипредыдущего.
Другиегруппымогутпредставитьполучениеизальдегидовпредель
ныходноосновныхкарбоновыхкислот,свойствакетоновиликислот.
Когдавсегруппыпредставятлогикусвоихрассуждений,приведутпри
меры,сложитсяединаякартина,позволяющаяобобщитьсвойства
отдельныхклассовкислородсодержащихорганическихсоединений
игенетическуюсвязьмеждуними.
Индивидуально-групповой коллоквиум—видучебнотеоретиче
скихзанятий,представляющийсобойгрупповоеобсуждениепод
97
руководствомпреподавателядостаточноширокогокругапроблем
(ситуаций).Одновременноэтоиформаконтроля.
Вкачествепримераприведемзаданияиндивидуальногруппово
гоколлоквиума.
Каждыйизчетырехстудентовгруппыполучаетзаданиеохаракте
ризоватьизотермуадсорбцииII,III,IV,Vтиповпо классификации
Брунауэрасоответственно;заданиедлявсейгруппысформулировано
следующимобразом:«На основаниисравнительногоанализаформы
начальныхиконечныхучастковизотермадсорбцииII–Vтиповпоклас
сификацииБрунауэраохарактеризуйтевозможнуюструктуруадсорбен
товсточкизренияналичияпорисравнитеинтенсивностьвзаимодействия
адсорбентадсорбатдлясистем,описанныхизображенныминарисунках
изотермами».
Втаблицекурсивомприведенысравнительныехарактеристикиизо
терм,даваемыестудентамивходеколлоквиума(таблица10).
Таблица10
II и III — при приближении
к давлению насыщения —
бесконечная адсорбция,
характерно для непористых адсорбентов.
II, IV — высокая энер-
гия взаимодействия
адсорбент — адсорбат
98
IV и V — при приближении
к давлению насыщения —
ограниченная конечная адсорбция, характерно для
пористых адсорбентов.
III, V — высокая энер-
гия взаимодействия
адсорбат — адсорбат
Входеколлоквиумадиагностируютсяучебныезатруднения,свя
занныесознанием(классификацииизотерм,отличительныхпри
знаковизотермразныхтипов),пониманием(причинадсорбционных
взаимодействийикапиллярноконденсационныхпроцессов),умени
ем(объяснитьформуначальныхиконечныхучастковизотерм),
способностьюанализировать,интерпретировать.
Кейс-метод (анализ конкретных ситуаций)—изучение,анализ
ипринятиерешенийпореальнойиливымышленнойситуации.Си
туациюпредъявляютстудентамввиденабораматериалов:докумен
тов,методик,справочныхданных,тоестьввиде«портфеля».Сту
дентыдолжныпроанализироватьматериалы,разобратьсявсути
проблем,предложитьвозможныерешенияивыбратьлучшееизних.
Приведемпримерразработкикейсаивстраиванияеговпракти
ческиезанятияпо коллоиднойхимии,фрагментсодержания«Ад
сорбцияПАВнаграницераздела«жидкость—газ».
Восновекейсазадание:«Оценитьплощадьнефтяногопятнапри
растекании2,5кгнефтиилинефтепродуктовповоднойповерхности».
РанеестудентыизучалистроениемономолекулярногослояПАВ,реша
листандартнуюзадачуповычислению площади, занимаемойодной
молекулойвмономолекулярномслоеповеличинепредельнойадсорбции
ПАВнаводнойповерхности.Предлагаемоезаданиепредполагает«встреч
ное»вычислениепоизвестной формуле,однакодляеговыполнения
необходимысведенияо составенефтииплощади, занимаемойодной
молекулойвмономолекулярномслое,атакжеданныеореальныхраз
мерахнефтяныхпятендляоценкидостоверностиполученныхрезуль
татов.
Вкейсвключаем:
1)сведенияомолекулярноймассенефти:например,статьяизнаучно
гожурнала«Экспозиция.Газ.Нефть»(ЗахарченкоА.Г.,АндреевО.В.
Методрасчетамолекулярныхмассиплотностейуглеводородныхфракций
пластовыхсистем//ЭкспозицияНефтьГаз.2014.№4(36).С.60–62),где
приводитсятаблицасреднихмолекулярныхмасснефтяныхфракций.
2)сведенияо площади,занимаемойодноймолекулойразличных
веществнаповерхности,например:Новыйсправочникхимикаитех
нолога.Электродныепроцессы.Химическаякинетикаидиффузия.
Коллоиднаяхимия.СПб.:Профессионал,2004.838с.,гденас.584
приводитсяплощадь поперечногосечениямолекулПАВвплотно
упакованномслое2·10
К.Адсорбция,удельнаяповерхность,пористость:пер.сангл.М.,1970,
–19м2
наповерхностиводы,или:ГрегС.,Синг
99
гдеможнонайтизначения40А2длягексанаи51А2длянгексана
натвердыхадсорбентов.
3)РаспечатанныесообщенияСМИоразливахнефтинареках
илиморяхсуказаниемколичественныхданных,например«ВСамар
скойобластииззанезаконноустановленнойврезкипрорвалсянефте
провод.ВрекеИргизоказалосьболеетрехтоннчистойнефти.Пло
щадьнефтяногопятнасоставилаоколо300квадратныхметров»,
«Приликвидациинефтяногопятнаплощадьювсегооколо600кв. м
вморскомпортуПетербургабылособранооколо7тоннводонефтяной
смеси».
Фрагментрешения. Максимальнобольшоепятнообразуетсяпри
условии,чтовсянефтьрастечетсяввидемономолекулярногослоя.
Нефть,изкоторойвдальнейшемполучаюткеросин,имеет состав
С9Н20—С16Н34,тоестьмолекулярнуюмассу128–370(среднеезначе
ние250).Еслиоднамолекулазанимаетплощадь20∙10
2,5кгнефти(10моль),образуетпятноплощадьюS=ω·NA·n=20∙10
[м2/молекулу]·6,02∙10
Напрактикеразличныесортанефтиотличаютсяпосоставу,поэтому
найденныестудентамиданныеирезультатыпроводимыхнаихоснове
вычисленийбудутразличны.Новлюбомслучаесопоставлениерезуль
татоввычисленийи найденныхвсредствахмассовойинформации
сведенийоразливахнефтисвидетельствуетосуществованииразличий
между«теорией»и«практикой».Вдействительностииззаестествен
ногои искусственногоограничениярастеканияпленканефти наводе
оказываетсявнесколькоразтолще,а,следовательно,меньшепоплоща
ди.Крометого,нефтьчастичнорастворяетсявводе,окисляетсяиоб
разуетводонефтянуюэмульсию,которуюисобираютприликвидации
экологическихкатастроф.
23
[молекул/моль]·10[моль]=1,2106[м2]=1,2[км2]
20м2
,торазлив
20
Ситуационные (практические) задачиоченьблизкиккейсу,они
такжепредставляютсобойописаниеконкретнойситуации,но от
личаютсяпоформепредставления.Студентамневыдаетсянабор
всехнеобходимыхматериалов,алишьописываетсязаданиеиконтекст
еговыполнения.Темсамымещебольшеповышаетсятворческая
составляющаярешения.Еслибыиспользованноевпредыдущем
примерезаданиеоразливенефтибылоположеноневосновукейса,
авосновуситуационнойзадачи,тостудентамнеобходимобылобы
найтивсенеобходимыесведениясамостоятельно.
Вкачествепримераприведемситуационнуюзадачупотеме«Ско
ростьседиментации»:
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]