УДК 378.02:372.854

Педагогические науки/5. Современные методы преподавания

К.х.н. Шачнева Е.Ю.

Астраханский государственный университет, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ КОМПЬЮТЕРНЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ В РЕШЕНИИ РАСЧЕТНЫХ ЗАДАЧ ПО ХИМИИ КАК СРЕДСТВО РЕАЛИЗАЦИИ МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОГО ОБУЧЕНИЯ В ВУЗЕ

Современные информационные ресурсы стали важным фактором развития общества, но и эффективным средством управления. Основа вопроса состоит в том, что будущий квалифицированный специалист должен обладать умениями и профессиональной навыками, разносторонним мышлением, мобильностью и способностью оперативно реагировать на постоянно возникающие изменения в практической и научной деятельности. Поэтому, при подготовке специалистов важно не только учитывать профессиональное направление, но и выявлять междисциплинарные связи при отборе содержания учебных дисциплин [1]. В связи с этим можно выделить несколько основных областей применения информационных технологий при обучении химии [2]: чтение преподавателями курса лекций по тем или иным дисциплинам с использованием компьютерных технологий; проведение практических и семинарских занятий; контрольные проверки знаний обучаемых не только на учебных занятиях, но и во время экзаменов, защиты курсовых и дипломных работ и т.п.; самостоятельное изучение учебных курсов, а также использование методов дистанционного обучения [3-8].

Итак, одним из основных положений концепции современного университетского образования является приоритетная ориентация на междисциплинарные технологии обучения. Важный аспект использования компьютерных технологий – это решение расчетных задач по химии из различных предметных областей. Этот вопрос занимает в химическом образовании важное место, так как это один из приемов обучения, посредством которого обеспечивается более глубокое усвоение учебного материала по химии, вырабатывается умение самостоятельного применение приобретенных знаний на практике и осуществляется реализация межпредметных связей [9].

Зачастую решение задачи ведется по определенному образцу, который предложен преподавателем с применением уже имеющихся знаний. Часто при этом неправильно используют не только химический, но и математический язык. На первое место обычно выводится получение ответа, а не объяснение хода решения. Основные способы решения задач условно можно классифицировать на типы: с использованием расчетных формул; графический способ; с использованием MS Excel.

Традиционная методика обучения решения химических задач с использованием расчетных формул имеет ряд недостатков, при этом немногие учащиеся сознательно и творчески овладевают общим подходом к решению, а также выбирать рациональные способы решения. В основном можно выделить два основных способа решения расчетных задач по химии: алгебраический, с помощью расчетных формул, и наглядно логический, посредством образно-логических рассуждений по условию задачи. Графический способ решения расчетных задач довольно широко используются на предприятиях химической промышленности и в химических лабораториях. При химическом анализе сырья и готового продукта используют графики функциональной зависимости для определенной химической реакции. Данный способ решения задач на занятиях химии применяется довольно редко, но оказывается более рациональным при решении задач на такие темы как, смеси, смешивание растворов и др.

Актуальным сейчас является использование MS Excel для решения самых разнообразных расчетных задач. Названное приложение позволяет организовывать работу с базами данных, вводить математические формулы, использовать встроенные функции, представлять данные в графическом виде, осуществлять графическую интерпретацию расчетов. Это особенно важно в профессиональной подготовке студентов, знания которых начинают формироваться в процессе освоения специальных дисциплин (химии, информатики). Решение различных расчетных задач по химии в MS Excel может использоваться как при проведении занятий по информатике со студентами младших курсов, так и при изучении различных химических дисциплин студентами старших курсов (физическая химия, аналитическая химия, органическая химия). Решение задач посредством MS Excel может быть реализовано на так называемых интегрированных занятиях, которые встраиваются в текущие занятия, например, по курсу физической химии. Это способствует активизации познавательной и исследовательской деятельности студентов, так как при решении подобных задач требуется не просто подставить численные данные в формулу, а, проанализировав их, сформулировать проблему и найти путь ее решения.

Рассмотрим пример практического использования вышеописанных теоретических рассуждений. Так в [10] при изучении разделов физической и коллоидной химии, таких как «Вязкость и структурно-механические свойства дисперсных систем и растворов высокомолекулярных соединений» в качестве примера может быть рассмотрена следующая задача, расчетные формулы и методики, которые могут быть использованы в расчетах, описаны также в [11-18].

Задача. При измерении вязкости растворов полистирола в толуоле с помощью капиллярного вискозиметра (типа вискозиметра Оствальда) получены следующие данные:

Концентрация раствора с, г/дм^3	0	1,70	2,12	2,52	2,95	3,40
Время истечения раствора t, с	97,6	115,6	120,2	124,5	129,8	134,9

Рассчитайте значения относительной, удельной, приведенной вязкости растворов полимеров и постройте график зависимости h_уд /с=¦(с). Определите характеристическую вязкость [h] и значение вискозиметрической константы Хаггинса К’’.

Решение. Относительная вязкость определяется как отношение вязкости раствора h к вязкости чистого растворителя h₀:

, (1)

Удельная вязкость раствора представляет собой приращение вязкости за счет растворенного вещества, отнесенное к вязкости растворителя:

, (2)

Согласно уравнению Пуазейля можно записать:

, (3)

и , (4)

где р и р_о – соответственно плотность раствора и растворителя; t и t₀ – время истечения раствора и растворителя.

Приведенная вязкость h_пр есть отношение удельной вязкости к концентрации раствора с :

, (5)

Результаты расчетов приведены ниже:

Концентрация раствора с, г/дм^3	1,70	2,12	2,52	2,95	3,40
hотн	1,184	1,231	1,276	1,330	1,382
hуд	0,184	0,231	0,276	0,330	0,382
hуд/с	0,108	0,109	0,110	0,111	0,112

Строят график в координатах h_уд /с – с (рис. 1). Экстраполируя зависимость на нулевую концентрацию, определяем значение характеристической вязкости (дм³/г):

, (6)

Согласно Хаггинсу, при малых концентрациях раствора:

, (7)

Вискозиметрическую константу Хаггинса К находим по тангенсу угла наклона прямой:

,.

В связи с этим можно сделать следующие выводы. Эффект применения компьютерных технологий огромен – это и формирование у учащихся информационной картины мира, повышение мотивации обучения, повышение успеваемости. Все это позволяет организовать учебную деятельность, повысить уровень наглядности, привести к наилучшему усвоению материала и повысить успеваемость студента.

Литература

1. Мизин, И.А. Информационные и телекоммуникационные технологии в системе образования России [Текст] / И.А. Мизин, К.К. Колин // Системы и средства информатики. - Вып. 8. - М.: Наука. Физматлит. - 1996. - С. 2-13.

2. Угольников, О.В. Дистанционное обучение на основе междисциплинарного подхода [Текст] / О.В. Угольников // Тезисы межвуз. научн.- техн. конф. «Проблемы совершенствования высшего заочного образования». - М.: РЗИТЛП. - 1999. - С.53.

3. Чебышев, Н., Каган, В. Высшая школа XXI века: проблемы качества [Текст] / Н. Чебышев, В. Каган // Высшее образование в России. - 2000. - № 1. - С. 19-26.

4. Дрижун, И.Л. Технические средства обучения в химии [Текст] / И.Л. Дрижун // Учебн. пособ. для пед. Вузов. - М.: Высш. Школа. - 1989. - 175 с.: ил.

5. Нечитайлова, Е.В. Информационные технологии на уроках химии [Текст] / Е.В. Нечитайлова // Химия в школе. – 2005. - №3. - С. 13-15.

6. Карпов, И.И. Анализ ситуации по информатизации системы образования республики Мордовия [Текст]/ И.И. Карпов // Мат. научн.-практ. конф. «Информационные технологии в образовании». – Саранск. - МРИО. - 2004. - С. 4-8.

7. Лончин, Г.М. Научно-методические основы информатизации и их реализация в системе образования [Текст] / Г.М. Лончин // Мат. научн.-практ. конф. «Информационные технологии в образовании». – Саранск. - МРИО. - 2004. - С. 9-13.

8. Журавлев, В.И. Введение в научное исследование по педагогике [Текст] / В.И. Журавлева // Учеб. пос. - М. – Просвещение. - 1988. – 273 с.

9. Бельчик, Е.Е. Использование электронных таблиц Еxcel для решения расчетных задач по химии [Текст] / Е.Е. Бельчик, Л.П. Ватлина, Е.И. Смирнов // Ярославский педагогический вестник. – 2010. – № 4. – Том II. – С.77-82.

10. Алыков, Н.М. Сборник задач и упражнений по коллоидной химии: Учебное пособие для педагогических высших учебных заведений [Текст] /Н.М. Алыков, Т.В. Алыкова. Под ред. Н.М. Алыкова. - Астрахань: Изд-во Астраханского гос. ун-та. - 2006. - 112 с. - ил.

11. Шачнева, Е.Ю. Изучение сорбции флокулянтов на сорбенте CВ-1-A [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // Безопасность жизнедеятельности. – 2010. - № 8. – С. 39-42.

12. Шачнева, Е.Ю. Использование сорбента CВ-1-A для очистки воды от флокулянтов [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // Естественные науки. Журн. фунд. и прикладн. исследований. – 2009. - № 4(29). – С. 158-167

13. Шачнева, Е.Ю. Исследование процесса сорбции флокулянтов на сорбенте СВ-1-А [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. – 2010. – № 8. – Т.53. – С. 50-54.

14. Шачнева, Е.Ю. Сорбент для очистки воды от флокулянтов [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // Экология и промышленность России. - 2010. - № 8. – С.20-21.

15. Шачнева, Е.Ю. Исследование физико-химических свойств частиц флокулянтов в зависимости от ионной силы растворов [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // «Научное творчество XXI века». – Красноярск. – 2010. – №4(10). – ч.5. – С. 28-31.

16. Шачнева, Е.Ю. Сравнительное изучение адсорбции флокулянта КП-1020 на сорбенте CВ-1-A фотометрическим и вискозиметрическим методами [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // Естественные науки. Журн. фунд. и прикладн. исследований. – 2011. - № 1. – С.220-226.

17. Шачнева, Е.Ю. Изучение характеристик водных растворов флокулянтов серии АК-631 вискозиметрическим методом [Текст] / Е.Ю. Шачнева, Н.М. Алыков // «Актуальные научные достижения европейской науки-2011»: Матер. VII Межд. Научно-практ. конф. – Химия и химическая технология. – Том 35. - г. София (Болгария). – 2011. - С. 30-34.

18. Алыков, Н.М. Сорбционное концентрирование флокулянтов и СПАВ [Текст] / Н.М. Алыков, Е.Ю. Шачнева, Т.В. Алыкова // Монография. Германия: Издательство «Lambert. Academic Publishing». - 2011. – 118 с.