DEVELOPMENT OF A DEMONSTRATIONMODULAR SYSTEM FOR MATERIAL PRESENTATIONON ANALYTICAL CHEMISTRY

Full Text

Изучение предмета химии подразуме- вания модульной системы представления де- вает освоение обучающимися как теоретиче- монстрационно-практического материала. ского, так и практического материала. В основе работы химической площадки В настоящее время в средних общеобразова- заложены следующие основные принципы: тельных учреждениях (школы, лицеи, колле- наглядность, модульность, связь теории и джи) существует проблема недостаточной практики, безопасность. оснащённости лабораторий оборудованием и Принцип наглядности предполагает, реактивами, что делает невозможным уделять что предлагаемый демонстрационный мате- необходимое время демонстрационным опы- риал должен непосредственно восприни- там. Изучение предмета ограничивается, в ос- маться органами чувств зрителя или обучаю- новном, знакомством с теоретическими осно- щегося. Наглядность обеспечивается приме- вами, что понижает эффективность усвоения нением демонстрационных средств обучения, материала и лишает привлекательности про- обеспечивающих формирование у учащихся цесс обучения. Восполнить пробелы в зна- наглядных психических образов, то есть об- ниях позволяют научно-популярные меро- разов, доступных и понятных для них [1]. приятия, проводимые в рамках работы Са- В настоящее время существует большое ко- марской региональной площадки Всероссий- личество разнообразного демонстрационного ского фестиваля науки «Наука 0+». Основное материала. Современные мультимедийные химическое направление в работе Самарской устройства позволяют показывать презента- региональной площадки занимает «Интерак- ции, видео- и аудиоматериалы, иллюстрации тивная химическая лаборатория», позволяю- и другие, то есть охватывать сразу большой щая углубить знания химии за счёт использо- поток информации. Вместе с тем, популяр- © Михайлов И. В., Лактюхин К. А., Редькин Н. А., Лобачёв А. Л., 2019. Михайлов Игорь Валерьевич (igor.mikh99@gmail.com), студент III курса; Лактюхин Кирилл Артурович (kirill.laktyukhin@gmail.com), студент V курса химического факультета; Редькин Николай Анатольевич (xiredn@mail.ru), доцент кафедры; Лобачёв Анатолий Леонидович (lobachev@ssau.ru), профессор кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета, 443086, Россия, г. Самара, Московское шоссе, 34. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 2 (15) 63 ными остаются различные плакаты, схемы, вовлечении обучающегося в процесс их про- таблицы, диаграммы. ведения. Функционирование «Интерактив- Использование наглядных средств успе- ной химической лаборатории», предусматри- шно зарекомендовало себя при изучении хи- вает самостоятельное проведение химиче- мии. Так, например, в статье [2] эта методика ских опытов участниками или ассистирова- использовалась в рамках преподавания лек- ние руководителю стенда. Это определяет ционного курса по общей и неорганической набор критериев при отборе и систематиза- химии (нехимические специальности вузов). ции показательных опытов: В непрофильных группах далеко не всегда - соответствие теме модуля; достаточно знакомства с материалом на лек- - безопасность; циях и его дальнейшего обсуждения для усво- - возможность самостоятельного вы- ения предмета. Важным фактором в обучении полнения опыта зрителями; является «узнавание» материала студентами, - способность вызвать интерес у посети- то есть умение соотнести теорию с протекаю- телей любого возраста; щим на практике процессом. Поэтому, как по- - возможность реализации не только в казали авторы работы, наличие кинетической лабораторных условиях; составляющей при проведении эксперимента - короткий подготовительный период и значительно повышает его эффективность. быстрое протекание демонстрируемых про- Для более удобного восприятия матери- цессов; ала, наглядные средства обучения следует си- - простота и доступность используемых стематизировать в различные тематические компонентов. модули. Модуль - относительно самостоя- Основная цель при систематизации по- тельный раздел (тема) курса, в основе кото- казательных опытов - их соответствие общей рого лежит одно фундаментальное понятие тематической линии. При этом не обяза- (явление, закон, структурный блок) или тельно насыщать модули исключительно группа родственных понятий [3]. научными или учебными материалами. Для Известно, что основным требованием, иллюстрирования материала следует обра- предъявляемым к аналитическим реакциям, тить большее внимание на явления, происхо- является их наглядность [4], поэтому боль- дящие в быту. Чем разнообразнее подобран- шое количество показательных опытов ный материал, тем нагляднее и интереснее можно реализовать в рамках изучения анали- стенд. Кроме того, это значительно упрощает тической химии. Объединяя демонстрацион- восприятие новой информации посетите- ные опыты по общим критериям, можно со- лями, так как основная тема раскрывается с здать различные модули, которые бы форми- разных точек зрения. ровали представление как об отдельной теме Все модули, реализуемые в рамках ра- изучаемого предмета, так и о сфере деятель- боты интерактивной лаборатории, должны ности химика-аналитика в целом. соответствовать требованиям техники без- Целью данной работы была разработка опасности. Это требование является важней- модульной системы представления демон- шим, так как в рамках интерактивной лабора- страционного материала по аналитической тории идет работа с разнообразными химиче- химии и апробация полученной системы в скими реактивами. При этом проведение опы- рамках профориентационной деятельности тов проводится не только в лабораторных сотрудников химического факультета Самар- условиях, но также на открытых площадках и ского университета. в аудиториях, лишь частично удовлетворяю- щих требованиям безопасной работы с хими- Разработка модульной системы ческими реактивами. Учитывая также, что Разрабатываемая модульная система данный вид работ рассчитан на охват широ- должна точно и понятно отражать информа- кой аудитории, среди которой преимуще- цию об отдельных разделах курса аналитиче- ственно присутствуют люди, не имеющие не- ской химии. Химические эксперименты и обходимого уровня знаний по химии, следует опыты красивы и зрелищны, но их эффектив- особенно осторожно отбирать демонстраци- ное использование возможно лишь при онные опыты. Таким образом, выбор 64 Педагогика содержания стенда сильно зависит от типа детей дошкольного и начального школьного площадки, на которой проводится работа, и возраста объяснение происходящих химиче- предполагаемой целевой аудитории. ских процессов лучше всего представить в иг- «Интерактивная химическая лаборато- ровой форме. Информация, сопровождающая рия» реализует свою деятельность не только опыты, должна быть простой и понятной, в оборудованных лабораториях. Этот фактор описывать внешние признаки, без углубления также необходимо учесть при отборе темати- в механизмы протекающих реакций. Взаимо- ческого материла. Сложность в транспорти- действие со школьниками старших классов ровке крупногабаритного дорогостоящего можно выстроить общение в форме викто- оборудования исключает возможность де- рины. Это поможет выявить пробелы в зна- монстрации современных аналитических ме- ниях, а наглядная иллюстрация способствует тодов. Например, даже наиболее простой ме- эффективному запоминанию информации. тод спектрофотометрии требует использова- Людям, которые имеют продвинутые знания ния сложных и дорогих приборов, а обучение в области химии, можно преподносить ин- работе с ними или демонстрация принципов формацию с научной точки зрения: уделять работы невозможна без привлечения боль- внимание сути происходящих процессов, вы- шого объема научной информации. Апроба- являть причинно-следственные связи, обра- ция стендов, в состав которых входил метод щать внимание на интересные новые факты. спектрофотометрия, показала, что они вызы- Кроме того, необходимо уметь грамотно ва- вали интерес только у незначительной части рьировать объем теории и практики, то есть посетителей. В то же время использование давать участникам возможность самостоя- простых качественных химических реакций тельно убедиться в достоверности приведен- позволяет легко перевозить все необходимое ной информации. Подобные вставки целесо- для реализации стенда, а неподдельный инте- образнее всего делать прямо во время объяс- рес посетителей всех возрастов позволяет ис- нения опытов. При этом будут задействованы пользовать этот стенд при проведении самых сразу три внешних анализатора человека: разных мероприятий. зрительный, слуховой и осязательный, что При анализе предпочтений посетителей поможет эффективно переработать получен- мероприятий, в рамках которых реализовыва- ную информацию и улучшит ее дальнейшее лась деятельность «Интерактивной химиче- запоминание. ской лаборатории», было выявлено следую- Продуктом соблюдения всех вышепере- щее: людям различных возрастных категорий численных факторов является полноценная интересны разные стороны реализующихся модульная система. Демонстрационно-прак- стендов. Если дети интересуются эффект- тический материал, составляющий основу ными внешними признаками реакций, то лю- модулей, способен побудить интерес посети- дям старшего возраста интересны механизмы телей любых возрастов, а также доступно от- протекающих процессов. Стоит также отме- ражает предмет аналитической химии с раз- тить эффективность использования стенда в ных сторон, обладает высокой информатив- профориентационной работе. Потенциаль- ностью и наглядностью. ным абитуриентам особенно интересно прак- В настоящее время нами были реализо- тическое применение представленного мате- ваны стенды по следующим модулям: риала. Поэтому опыты, составляющие основу - химические реакции; модулей, должны также быть интересны всем - индикаторы; посетителям: от детей дошкольного возраста - пиролитический анализ; до их великовозрастных сопровождающих. - анализ воды; Руководителям стендов «Интерактив- - материалы и их свойства. ной химической лаборатории» важно уметь Наибольшей популярностью среди по- доступно преподносить информацию о про- сетителей «Интерактивной химической лабо- исходящих процессах. Изучение методик вза- ратории» пользуются стенды «Химические так они сопро- имодействия с различными возрастными реакции» и «Индикаторы», как группами помогло выработать оптимальную вождаются яркими, показательными реакци- форму общения с участниками стендов. Для ями. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 2 (15) 65 В рамках стенда «Химические реакции» PbCl2 + 2KI = PbI2↓ + 2KCl; демонстрируются принципы определения ка- чественного состава вещества с применением - образование насыщенного тёмно-си- качественных реакций катионов и анионов, него осадка KFe[Fe(CN)6], получившего использующихся в аналитической химии при название «Берлинская лазурь» обнаружении их в различных смесях. Важно, что отсутствие концентрированных кислот и 3 К4[Fe(CN)6 ] +4 FeCl3 = KFe[Fe(CN)6] ↓ + щелочей, а также легколетучих и токсичных 12 KCl веществ обеспечивает высокий уровень без- опасности проведения реакций. Это позво- Стенд может функционировать не ляет реализовывать стенд не только в обору- только в рамках научных мероприятий, иллю- дованных лабораториях, но и в обычных по- стрируя процедуру анализа различных соеди- мещениях. Также посетители имеют возмож- нений, но также и в рамках интерактивных ность самостоятельно провести качественные химических шоу, поскольку имеет в составе реакции при контроле ведущего. наглядные, быстропротекающие цветные ре- Все реакции протекают быстро, при акции. сливании некоторого количества двух раство- Образовательные функции определяют- ров. Среди наиболее зрелищных следует вы- ся целевой аудиторией и представлены в таб- делить: лице 1. - получение ярко-красного комплекс- В стенде «Индикаторы» систематизиро- ного соединения K3[Fe(SCN)6], раствор кото- ваны различные вещества, реагирующие на из- рого раньше использовался в кинематографе, менение рН раствора. Посетители имеют воз- как заменитель крови: можность познакомиться с принципом работы не только лабораторных индикаторов, таких FeCl3 + KSCN = K3[Fe(SCN)6] + 3KCl; как фенолфталеин или метилоранж, но и инди- каторов, полученных на основе пищевых про- - получение ярко-жёлтого осадка PbI2, дуктов. К таким относятся, в частности, соки который применяли в качестве краски для ри- ягод и овощей (вишни, клюквы, свёклы и др.), сования или для имитации золотого дождя: отвар краснокочанной капусты и чая каркаде. Таблица 1 Представление информации о качественных реакциях для посетителей различных возрастных категорий. Целевая аудитория Функция стенда Формат представления материала Дети, школьники Развлекательная Получение ярких разноцветных осадков. Воз- начальных и средних можность самостоятельного проведения реакций классов, родители с использованием предложенных реагентов. Об- щее ознакомление с деятельностью химиков. Абитуриенты Профориентаци- Знакомство с деятельностью химика-аналитика онная при проведении качественного анализа соедине- ний; методами обнаружения ионов; простейшим оборудованием (например, с пипеткой Пастера) Школьники старших Образовательная Закрепление имеющихся знаний в области ана- классов, студенты литической химии на практике. Получение по- дробной информации о различных соединениях, интересных фактов об их практическом приме- нении и химических свойствах. 66 Педагогика Таблица 2 Зависимость цвета раствора краснокочанной капусты от кислотности среды. Значение рН Окраска раствора Значение рН Окраска раствора 1-4 Ярко-красный 8-10 Синий 4-6 Пурпурный 10-12 Сине-зелёный 6-8 Фиолетовый 12-14 Зелёно-жёлтый Таблица 3 Представления информации об индикаторах для посетителей различных возрастных категорий Целевая аудитория Функция стенда Формат представления материала Дети, школьники Развлекательная Наблюдение за изменением цветов индикатор- начальных и средних ных растворов, при добавлении кислот или ще- классов, родители лочей. Возможность самостоятельной регули- ровки среды, с помощью предложенных ве- ществ. Общее ознакомление с химическими про- цессами. Абитуриенты Профориентацион- Знакомство с приемами, с помощью которых хи- ная мики измеряют рН раствора в лабораторных условиях. Получение информации о том, как на практике воспользоваться полученной информа- цией. Школьники старших Образовательная Практическое знакомство с цветовой шкалой пе- классов, студенты рехода различных индикаторов. Закрепление знаний о значении рН различных растворов. По- лучение навыков изготовления индикаторов. Наиболее выразительным цветовым пе- химии можно проиллюстрировать на примере реходом обладает отвар краснокочанной ка- графика (рис. 1.), показывающем изменение пусты. Окрас раствора изменяется от ярко- среднего и минимального балла за ЕГЭ аби- красного до желтого, в зависимости от значе- туриентов, поступающих на 1 курс химиче- ния рН (табл. 2). Изменение окраски зависит ского факультета Самарского университета в от количества и скорости прибавления кис- период 2013 - 2019 г.г.. Хорошо видно, что с лоты или щелочи. При медленном прибавле- начала работы химической площадки (2013 г) нии наблюдается постепенное изменение и до настоящего времени минимальная про- окраски и появление всех указанных в таб- ходная сумма баллов выросла практически на лице цветов, а при быстром - смешение цве- 15 баллов, а средний - на 5 баллов. Без- тов и оттенков, которое также быстро исче- условно, приведенные показатели отражают зает. Оба способа проведения реакции имеют не только влияние работы химической пло- свои достоинства при демонстрации. щадки и внедрения модульной системы пред- ставления материала по аналитической хи- Результаты использования разработанной мии. Эти показатели также зависят от особен- модульной системы в профориентацион- ностей проведения ЕГЭ в каждом конкретном ной деятельности году, количества бюджетных мест и других факторов, однако общая тенденция увеличе- Результаты работы химической пло- ния интереса к химии остается хорошо замет- щадки и усиление интереса абитуриентов к ной. Вестник молодых учёных и специалистов Самарского университета. 2019. № 2 (15) 67 Рис. 1. Изменение сумм среднего (1) и минимального проходного (2) баллов (по сумме экзаменов «математика», «русский язык» и «химия») абитуриентов химического факультета Следует ожидать и дальнейшего роста Заключение среднего и минимального проходного бал- Разработка модульной системы пред- лов, так как выступления химической пло- ставления информации по аналитической хи- щадки ориентируют на изучение химии мии и ее представление на фестивалях науки школьников младших и средних классов. показала востребованность предложенного Эти будущие абитуриенты, впервые позна- пути популяризации дисциплины. Предло- комившиеся с химической площадкой в женные модули являются удобным способом 2013 г, будут поступать в ВУЗы не ранее представления информации, главными досто- 2019-2022 годов. Одновременно непрерыв- инствами которого является возможность ная работа химической площадки будет по- представления информации для зрителей раз- стоянно поддерживать интерес к естествен- личных возрастов в доступной им форме, ным наукам. наглядность демонстрируемого материала и К результатам работы химической пло- возможность самостоятельно провести щадки следует также отнести повышение мо- опыты под руководством куратора. Эффек- тивации студентов к изучению химии. К ра- тивность предложенной системы подтвер- боте со стендами-модулями привлекаются ждается повышением интереса к изучению студенты, начиная с первого курса. химии, мотивированности обучения и повы- В беседах установлено, что многие из шением показателей набора студентов на пер- них сделали осознанный выбор своей про- вый курс химического факультета. фессии после посещения Фестиваля науки, а после поступления в университет по своей Литература инициативе присоединились к работе пло- 1. Осмоловская И. М. Наглядные ме- щадки. тоды обучения: учеб. пособие для студ. Возможность воплотить свои идеи при высш. учеб. заведений. М.: Академия, 2009. составлении стендов существенно повышает 192 с. интерес студентов к изучению химии, ее ис- 2. Батаева Е. В., Демин В. В., Ду- тории. Среди используемых реакций многие наев С. Ф. Эффективность демонстрацион- непосредственно связаны с лабораторными ного эксперимента в лекционном курсе об- занятими и научными работами, выполняе- щей и неорганической химии для студентов мыми обучающимися. Это позволяет более нехимических специальностей // Вестник им глубоко освоить химические знания, уме- Московского университета. Сер. 2. Химия. ния и навыки. 2011. Т. 52, № 3. С. 224-229. 68 Педагогика 3. Подымов В. Н. Система модуль- тического университета 2013. № 2 (17). ного обучения и бально-рейтинговая си- С. 111-126. стема: сравнительный анализ // Вестник 4. Золотов Ю. А. Основы аналитической Казанского государственного энерге- химии. В 2 т. Т.1: М.: Академия. 2012. 384 с.

About the authors

Igor Valerievitch Mikhailov

Samara University

Email: igor.mikh99@gmail.com
Russia, Samara

Kirill Arturovitch Laktuchin

Samara University

Email: kirill.laktyukhin@gmail.com
Russia, Samara

Nikolai Anatolevitch Redkin

Samara University

Email: xiredn@mail.ru
Russia, Samara

Anatoly Leonidovitch Lobachev

Samara University

Email: lobachev@ssau.ru
Russia, Samara

References

Supplementary files