Педагогические науки/5. Современные методы преподавания

к.х.н. Хамитова А.С., к.х.н. Таутова Е.Н., Гольштейн Л.В.

Кокшетауский государственный университет им. Ш. Уалиханова, Казахстан.

Инновационные технологии в курсе неорганической химии как основа активизации познавательной деятельности студентов

Сегодня качество образования определяется не только суммой полученных знаний, но, в первую очередь, внедрением в педагогический процесс новых технологий обучения, компетентностью преподавателя в овладении объектом профессиональной деятельности, где студент определяется как субъект деятельности, нацеленный на самостоятельный поиск знаний.

Обучение является целенаправленным процессом, где формируются знания, умения, навыки и накапливается опыт по приобретению значимых особенностей специальности. Для лучшего усвоения программы курса неорганической химии разработка обучающих контролирующих программ для студентов вузов является актуальной задачей, решение которой позволить оптимизировать учебный процесс.

В связи с тем, что последнее время большое внимание уделяется повышению эффективности учебного процесса, одним из направлений, активизирующих познавательную активность студентов, является использование компьютера, в памяти которого постоянно сохраняется информация нужная для решения поставленных задач.

Контролирующая программа по теме «Алюминий и его соединения»  является одной из наиболее обширных. Поэтому, чтобы не разбивать ее на многочисленные подтемы, мы решили близкие по содержанию вопросы объединить в своего рода блоки или модули. Таким образом, получилось пять объемных блока:

I. Общая характеристика. Алюминий в природе.

II. Химические свойства алюминия. Оксиды алюминия.

III. Гидроксиды алюминия.

IV. Соли.

V. Расчетные задачи.

В контролирующей программе общее количество тестовых заданий равно 65. Из них I блок содержит 20 заданий, II блок - 15 заданий, III блок - 10 заданий, IV блок - 15 заданий и V блок включает 5 расчетных задач. В автоматизированном контроле предлагались тесты различного характера. На некоторые из них можно было легко ответить до изучения темы на лекциях и семинарских занятиях, т.к. материал данных вопросов знаком студентам еще из школьной программы. Это такие вопросы как:

«test»1 блока I: первое место по распространенности в природе среди металлов принадлежит:

a)     Fe; b) Al; c) K; d) Ca; e) Zn. 

Правильный ответ: b).

«test»12 блока I: общее содержание алюминия в земной коре составляет по массе примерно:

a)   47%; b) 27%; c) 17%; d) 8%; e) 4-5%.

Правильный ответ: d).

«test»5 блока III: степень окисления алюминия в соединении Al(OH)3 равна:

a)   +5; b) +1; c) +3; d) -3; e) -1.

Правильный ответ: с).

Большое внимание уделено нами, в соответствии с содержанием университетского курса неорганической химии таким вопросам как оксиды, гидроксиды и соли алюминия, т.к. рассмотрение свойств этих веществ имеет огромное теоретическое и практическое значение. Например: максимальная ковалентность атома алюминия, а также алюминия в соединениях равна 6.

Алюминий в громадных количествах получают из Al2O3 электролитическим методом. Он и его соединения практически полностью потребляются в химической промышленности, сельском хозяйстве и медицине. Различные химические свойства алюминия и его соединений мы отразили в контролирующей и обучающей программе.(1)

В наших тестах отражены свойства алюминия в состоянии различных степеней окисления, а именно +3, в реакциях присоединения, обмена, разложения. Например: (2)

«test»14 блока I: степень окисления алюминия в соединениях AlN, NaAlО2, Li[AlH4], Al2(SO4)3, Al, Al4C3:

a)   +3; +3; +3; +3; 0; +3; b) +1; +2; -1; +3; +3; -4; c) +3; +2; +2; +1; 0; +3;

d) +2; +3; -1; +3; 0; -4; e) +1; +2; 0; +1; +3; -4.

Правильный ответ: а).

В тестах на компьютере обращено внимание не только на свойства алюминия, его оксидов и гидроксидов, но и на нахождение в природе, например:

«test»2 блока I: основными природными минералами алюминия являются нефелин, бокситы, корунд и криолит, основной состав которых выражают формулами:

a)   Na2K2Al2Si2O8, Al2O3 · nH2O, Al2O3, Na3AlF6; 

b)  Al2(SO4)3, Al2O3 · 2SiO2, AlCl3, AlF3;

c)  Al(OH)3, AlCl3, AlY3, 3NaF · AlF3;

d)  Al(OH)3, Na3AlF6, AlCl3, AlF3;

e)   NaKAl(OH)5, Al2O3, Al(NO3)3, AlF3.

Правильный ответ: а).

«test»17 блока I: распространенный продукт разрушения горных пород - глина, основной состав которой:

a)   каолин; b) боксит; c) алунит; d) нефелин; e) алюмин.

Правильный ответ: а).

«test»18 блока I: как называют глины с большим содержанием песка (до 30-40%):

a)   каолинит; b) суглинки; c) мергели; d) глинозем; e) нет правильного ответа.

Правильный ответ: b).

Отмечены в тестах природные минералы рубин и сапфир, поскольку они имеют значительное применение: на кристалле рубина впервые в 1960 г. была реализована идея оптического квантового генератора - лазера и лазера учеными Прохоровым А. и Басовым Н. Г.

Алюминий образует ряд электронодефицитных соединений: AlH3 - алан, галогениды. Галогениды даже в парах имеют димерные молекулы Al2HAl6. Атомы алюминия имеют вакантные орбитали, а галогенид-ион - донорную электронную пару и электростатическое взаимодействие положительно заряженного галогенид-иона другой молекулы приводит к образованию химической ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму. Хлорид  Al в парах - Al2Cl6.  Al образует 4 химические связи. Al - акцептор электронных пар. Cl- - донор электронных пар.

Есть тесты, составленные с учетом окислительно-восстановительных свойств соединений, имеющих в своем составе атом алюминия в различной степени окисления. Например: контрольная работа V вариант вопрос 4. Запишите продукты реакции, расставьте коэффициенты: (3-4)

                                                         нагрев

Al + NaOH + H2O →

Студенты должны предсказать продукты данной окислительно-восстановительной реакции и расставить коэффициенты, используя не только метод электронного баланса, но и метод полуреакции (ионно-электронный метод):                                  to

2Alo + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al+3(OH)4] + 3Н2о↑

Alo –3e- →Al 3+     2    восст-ль

2H++2e- →H2o      3    окис-ль

Al + 4OH - -3e- → [ Al(OH)4]-   2

2H2O +2e- → H2↑ + 2OH-          3

2Al + 8OH- + 6H2O → 2[AlOH4]- + 3H2↑ + 6OH-

2Al + 2OH- +6H2O → 2[AlOH4]- + 3H2↑

Большинство студентов отвечают на вопросы без особого затруднения после изучения ВУЗовской программы по данной теме. Например:

«test»2 блокII: оксид азота (IV) образуется при взаимодействии алюминия с:

a) HNO3 сильно разб. →  ;  b) HNO3 разб. → ; c) HNO3 конц. → ;

               to

d) HNO3 конц. → ; e) нет правильного ответа.

Ответ а) можно исключить сразу т. к. при взаимодействии алюминия  с HNO3 сильно разб. Образуется NH4NO3, а при взаимодействии алюминия с HNO3 разб. (ответ b) образуется оксид азота (II). 

                                                  to

Остается ответ d) HNO3 конц. →, который является верным, т. к. в варианте

с) происходит пассивация.

Отвечая на «test»15 блока II: при взаимодействии с алюминием концентрированная серная кислота при нагревании восстанавливается преимущественно до:

a)     H2S; b) S; c) SO; d) SO2; e) нет правильного ответа.

Студенты могут вспомнить, что при взаимодействии Al с H2SO4 конц. при нагревании выделяется H2S↑(ответ а), который они проводили на лабораторных занятиях.

Предлагаются нами тесты, которые отражают связь химии с жизнью.

Контрольная работа V вариант вопрос 5: жидкость для замешивания зубного цемента представляет собой крепкий раствор:

a)     AlPO4; b) AlCl3; c) Al(H2PO4)3; d) Al2(CO3)3; e) нет правильного ответа.

Правильным является ответ с).

Но есть несколько тестов, которые вызвали затруднения у многих студентов. Такие как, например:

«test»13 блока I: для алюминия характерны: 1) высокая плотность;

2) пластичность; 3) металлический блеск; 4) электропроводность; 5) желто-красный цвет; 6) легко режется ножом. Какие из перечисленных свойств соответствуют действительности?

a)     2,4,5; b) 3,4,5,6; c) 1,3,4,5; d) 2,3,4,6; e) 5,6,3,1.

Студентам необходимо вспомнить хотя бы то, что алюминию не характерен желто-красный цвет, следовательно, правильный ответ d, потому что только в нем отсутствует 5 свойство.

Для более основательной проверки знаний студентов мы использовали без машинную форму, так как автоматизированным контролем с помощью компьютера нельзя проверить знание окислительно-восстановительных реакций, в которых участвует алюминий и его соединения. Например, задание на предсказание продуктов химических реакций, на умение расставить коэффициенты в этих уравнениях с применением метода электронного баланса и ионно-электронного метода (метода полуреакции); на объяснение свойств в ряду гидроксидов атомов элементов главной подгруппы III группы П. С.; на сравнительное объяснение кислотно-основных свойств гидроксидов Mg и Al.

Проведенный эксперимент показал, что тестовые задания как безмашинного, так и автоматизированного контроля следует применять как дополнение к традиционным методам обучения, лишь в объединении и применении всех возможных методов обучения можно достигнуть высоких показателей в обучении.

 

Литература:

1.   Лиди Р. А., Андреев Л. Л., Абасова Г. А. «Тестовые задания для итогового контроля знаний». - «Химия в школе», 1995 г., №1 стр.41-44.

2.   Третьяков Ю.Д., Зайцев О.С.- Программированное пособие по общей неорганической химии. - М.: Издательство Московского университета, 1975 г., стр.65.

3.   Мовсумзаде Э. М. «Химия в вопросах и ответах с использованием ЭВМ». - М.: Химия 1991 г. стр. 23-44.

4.     Соколовская Е.И., Зайцев О.С., Дитяшев А. А. «Программированные задачи по общей химии». – М.: Издательство Московского университета, 1987 г. стр.87.