ИННОВАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ БАЗОВОГО КУРСА ХИМИИ В ТЕХНИЧЕСКОМ УНИВЕРСИТЕТЕ Романко О.И.

МГТУ им. Н.Э. Баумана


Номер: 1-4
Год: 2016
Страницы: 63-70
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

химия, образование, лекция, реферат, научная работа, chemistry, education, lecture, précis, scientific work

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Обсуждается образовательная концепция различных сторон учебного процесса. Важным дополнением к самостоятельной деятельности студентов являются аналитические обзоры и рефераты, научно - исследовательские работы поискового характера, что приводит к увеличению объёма информации после прослушивания лекций, углублению химических знаний, повышению уровня творческого мышления студентов.

Текст научной статьи

Введение. Изучение химии по программам различных уровней (бакалавров и специалистов) предполагает приобретение студентами фундаментальных знаний по данной дисциплине. Основная задача совершенствования базового курса состоит в закладывании основ химических знаний, которые необходимы для дальнейшей инженерной подготовки, по принципам обоснованно дифференцированных совокупных учебных элементов[1,с.12]. Наиболее значимыми в профессиональной ориентации и мировоззренческом аспекте являются лекции, практические (лабораторные работы) и модульная компоновка проведения теоретических, практических и самостоятельных занятий студентов. Целью данной работы является анализ реализации такой концепции по совершенствованию базовой подготовки по химической науке в системе высшего профессионального образования. Задача состоит в обсуждении построения основы готовности студентов к профессиональной деятельности, создании стройной системы мировоззрения современного образованного специалиста, инженера и конструктора. Инновации возможны при последовательном переходе от конкретизации определённых процедур учебного процесса к универсальным компетенциям и обобщённым видам будущей профессиональной деятельности, которой должен овладеть студент[1, с.29]. На первом этапе в качестве основного слагаемого химической компетентности необходимо выделить умение решать учебные химические задачи, поскольку одной из важных составляющих модулей является блок лабораторных работ, которые проводятся по методическим разработкам кафедры[2,3]. Целью проведения работы в химической лаборатории является усвоение студентами элементарных навыков обращения с химическими веществами, изучение правил техники безопасности, формирование способности проводить простые эксперименты и опыты. После их выполнения студент должен представить отчёт о выполнении работы, решить задачи, показать при защите лабораторной работы, что он в достаточной мере закрепил полученные знания, что достигается только при условии тщательной самостоятельной работы студента. Например, лабораторная работа «Окислительно - восстановительные реакции (ОВР)» выполняется за 2 часа в аудитории, самостоятельно студент решает контрольное задание по этой теме и защищает эту тему на контроле модуля. Особенно важно то, что в качестве самостоятельной работы студенты могут углубить и расширить свои знания по вполне конкретным темам. Так, по теме ОВР студентка факультета МТ провела научное исследование с подготовкой литературного обзора, проделала цикл экспериментальных исследований по теме «Определение концентрации растворенного в воде кислорода», написала подробный отчёт и выступила с докладом на конференции «Студенческая весна». Автор указала, какое значение для жизни населения имеет кислород - сильный окислитель, содержание O2 в воде строго регламентируется и контролируется разными аналитическими методами[3,с.115]. Свою научную работу студентка назвала « Йодометрическое определение кислорода в воде по Винклеру», суть которого описывается следующими уравнениями: Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2 2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 (коричневый осадок) MnO(OH)2 + 4H+ + 2I- = Mn2+ + I2 + 3H2O I2 + 2S2O32- = 2I- + S4O62-. Определив количество образовавшегося дигидрата марганца, можно рассчитать содержание в воде О2. Студентка составила подробную методику проведения опытов, рассчитала концентрацию кислорода в водопроводной воде по формуле: Сх = (160*N*n*V1)/(V2-V1), (1) где N - нормальность тиосульфата Na2S2O3 (0,1 н); n - объем тиосульфата Na2S2O3; V1 - объем пробы (100 мл); V2 - объем склянки, в которую отбиралась проба, рассчитала также нормальную концентрацию кислорода в водопроводной воде по формуле:V1*С(О2)= V2*С(Na2S2O3) (2) => С (О2)= V2*С(Na2S2O3) / V1 , где V1 - объем анализируемой пробы; V2 - объем тиосульфата; и составила графики зависимости содержания кислорода в водопроводной воде, используя вышеприведённые формулы. В заключение работы студенткой были сделаны выводы о важности йодометрического метода определения растворенного в воде кислорода и знакомстве с методикой титрования растворов, значимости определения растворенного в воде кислорода, дополнив базовую лабораторную работу изучением окислительно - восстановительные свойства соединений марганца. Основной формой преподавания химии в Университете остаются лекции, чтение которых базируется, прежде всего, на начальной подготовке студентов, будущей специализации их, тематикой вопросов на экзамене [4] и важности приобретаемых знаний для курсовых и дипломных работ. На этом этапе в зависимости от специализации лекционного потока включаются лекции о физико-химических свойствах, например, композиционных и полимерных материалов, что необходимо для умения студентов выделять химическую сущность многочисленных технологических процессов. Очень важную и интересную тему «Химические основы безопасной утилизации полимерных отходов» аналитически проработали и оформили в форме научного доклада на конференции «Студенческая весна» [5] студентки факультета МТ. Цель работы несомненна, поскольку использование полимеров становится опасным для окружающей среды из-за огромных объёмов их производства и отставания своевременной утилизация отходов. Эта проблема важна также потому, что может быть решена задача изготовления из отходов нового продукта, что снижает возможность появления дополнительных отходов и затрат[3с.147]. Проблема безопасной утилизации полимерных отходов очень важна сегодня, так как, во-первых, резко увеличилось количество продуктов, требующих специальной упаковки, например, для длительного хранения, а во-вторых, с каждым годом накапливается всё больше и больше полимерных отходов, требующих уничтожения или переработки. В работе рассмотрены основные химические принципы разложения полимеров. Прежде всего - это деструкция - разрушение макромолекул полимера под действием тепла, кислорода, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических и других факторов Основное количество отходов уничтожают захоронением в почву или сжиганием, что непродуктивно и попросту опасно, поскольку, с одной стороны, уничтожаются ценные материалы и вещества, а с другой - в атмосферу выбрасывается большое количество СО2 и целая гамма вредных веществ, загрязняющих воздух, воду и землю, что изображено на схеме: Подробно студентки изложили основные способы утилизации отходов пластмасс (термическое разложение путём пиролиза; деполимеризация с получением исходных низкомолекулярных продуктов (мономеров, олигомеров); вторичная переработка). Самым эффективным способом утилизации отходов полимерных материалов является их вторичная (а в некоторых случаях многократная) переработка. Студентками был проведён подробный анализ научно-технической литературы, на основании результатов анализа были построены диаграммы, отражающие процентные соотношения между различными видами полимерных отходов (рис.1), и методами их переработки (рис.2). Из диаграммы №1видно, что максимальное количество (36,6%) полимерных отходов «поставляют» твердые бытовые отходы (ТБО), значительный объём (17%) отходов составляют автопокрышки. Из диаграммы №2 видно, что безусловное лидерство принадлежит переработке отходов в полупродукты (сырьё для изготовления полимеров) - число публикаций в этой области достигает 40,6%. Большое число публикаций (37,5%) посвящено превращению отработанных полимеров в строительные, кровельные и отделочные материалы, заметна роль пиролиза (15,6%) и биоразложения отходов. Утилизация отработанных автомобильных покрышек (ОАП) - одна из актуальных задач в области переработки городских отходов, чтобы использовать перспективное ценное сырьё, входящее в состав покрышек: резина, тканевый или металлический корд. Аналитически авторы исследовали важное направление утилизации ОАП, причём мнение авторов научной работы таково, что использование ОАП для получения теплоты и электроэнергии является наиболее быстро развивающимся рынком в промышленности переработки отходов, и признано наиболее целесообразным в области утилизации ОАП. Утилизация твёрдых бытовых отходов (ТБО) является второй очень важной проблемой, особенно учитывая средневзвешенный морфологический состав:4% металла; 6% стеклобоя; 3% макулатуры; 4% текстиля; 5% пластмассы; до 20% пищевых отходов; до 16% строительного мусора. Авторы отметили развитие в последние годы идеи синтеза экологически чистых полимеров, способных более или менее быстро разлагаться в природных условиях (полимеры природного происхождения, производимые растениями и живыми организмами, белки и полисахариды). Биоразрушение - это химическое расщепление, вызываемое биохимическими реакциями, катализируемыми ферментами. Для того, чтобы длинная цепь полимера могла в природных условиях расщепляться на короткие фрагменты, в неё в процессе синтеза вводят фрагменты со «слабыми» связями, которые под действием УФ - составляющей солнечного света в присутствии кислорода и влаги атмосферы способны разрушатся с заметной скоростью: При этом под действием УФ - излучения в присутствии атмосферного кислорода и влаги происходит разрушение «слабой» связи: Эта работа иллюстрирует умение критически анализировать различную научную информацию, давать квалифицированное обоснование конкретной темы для решения и компетентно [1, с.40] делать выводы после литературной проработки массива научных статей, патентов и монографий. Профессорско-преподавательский коллектив кафедры химии активно привлекает студентов и к своей научно - исследовательской деятельности. Как пример приведу полноценную научно- исследовательскую и экспериментальную работу с практическим выходом студента факультета МТ «Принцип получения волокнистого хемосорбента для очистки водных сред». Этот труд является примером разумного сочетания освоения аналитической проработки теоретического материала, исследования современной научной литературы, скрупулёзного выполнения экспериментальной и расчётной части работы[6]. Целью данной работы являлся анализ эффективности применения волокнистых хемосорбентов для очистки водных сред, а также отработка условий получения образца волокна фильтр - материалов, поскольку защита среды обитания от токсичных выбросов является одной из актуальных проблем человечества. В таблице 2 приведены результаты очистки ионообменными волокнами промышленных стоков, содержащих смеси солей тяжёлых металлов. Металл Содержание в воде, мг/л Степень очистки, % До фильтрации После фильтрации Железо 15,0 0,08 99,5 Медь 5,0 0,07 99,4 Цинк 50,0 0,21 98,6 Кадмий 0,05 0,013 74,0 Свинец 1,5 0,041 97,2 Кобальт 50,0 0,9 97,3 Волокнистые хемосорбционные материалы получают на основе волокон, содержащих в своей структуре функциональные группы, способные, в определенных условиях, к полимераналогичным превращениям, ионному обмену, комплексообразованию. В качестве исходного материала используется полиакрилонитрильное (ПАН) волокно «нитрон», экспериментально студентом был получен образец волокнистого хемосорбента обработкой полиакрилонитрильного волокна, отработана и описана методика получения. Процесс получения хемосорбентов на основе ПАН волокон осуществлялся в две стадии. На первой стадии для придания волокну нерастворимости в очищаемых средах его обработали сшивающими агентами. Модификацию волокна осуществляли 10…30%(масс.) водными растворами гидразингидрата (ГГ) в течение длительного времени при нагревании на водяной бане. Модификация свойств волокна проводилась согласно схеме: По истечении необходимого времени колбу с реакционной смесью вынимали, волокно извлекали из реакционной смеси и промывали в дистиллированной воде. Затем волокно сушили в течение суток на открытом воздухе, все последующие операции и измерения производили с сухим волокном. Второй стадией получения ионообменного волокна являлась обработка гидразидированного волокна гидроксидом натрия, когда происходит омыление нитрильных группировок до натриевых солей карбоновых кислот, которые после их переведения в водородную форму и обуславливают катионообменные хемосорбционные свойства волокна. Основной характеристикой волокнистых хемосорбентов является объемная емкость, которая определяется количеством фиксированных ионов в единице объема (массы) ионита, способных к ионному обмену и выражается обычно в ммоль./см3, (ммоль/г). Расчёт обменной емкости материала производили определением титра ионов водорода, поглощаемых из рабочего раствора соляной кислоты единицей массы волокна. Для этого титровали фильтрат 0,1 н раствором гидроксида натрия до перехода в зелёную красно-фиолетовой окраски универсального индикатора. СОЕ (среднее значение четырех опытов с ошибкой 10%) определяют по формуле: , где [СОЕ]=мг-экв/г; V - объем раствора HCl, см3; V1 - объем раствора NaOH, пошедший на титрование, см3; m - масса волокна, г; μ - концентрация HCl, мг-экв/см3. Автором работы было отмечено, что из его работы не следует заключать об абсолютных преимуществах таких материалов перед зернистыми хемосорбентами или какими-либо другими способами очистки окружающей среды, речь идет о целесообразности использования хемосорбционных волокон лишь для решения определенных задач, например, для очистки растворов гальванических производств. Заключение. Инновационные подходы и методы, сформировавшиеся в результате совместной преподавательской и студенческой деятельности, являются той ориентационной основой, которая закладывается в компетенциях химической дисциплины для бакалавров, магистров и специалистов. В рамках современного образования необходимы именно такого рода изыскания, как научное исследование по темам лабораторных работ, компетентный аналитический обзор по темам специальных лекций и полноценная научно- исследовательская и экспериментальная работу с практическим выходом. Эти три типа работ студентов соответствуют высокому уровню подготовки по химии по различным направлениям инженерной подготовки, соответствующим требованиям федерального вузовского компонента образовательного стандарта.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.