Лекция - Автоматизированная информационная система ГУ имени

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени ШАКАРИМА города СЕМЕЙ
Документ СМК 3 уровня
УМКД
УМКД
УМКД 042-18-10.1.35/03УМКД
Редакция № 1 от
2013
Учебно-методические
18.09 2013 г
материалы по дисциплине
«Методические основы
преподавания
органической химии и
химии ВМС»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
«Методические аспекты преподавания органической химии и химии ВМС»
для магистрантов специальности 6М011200 – «Химия»
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
СЕМЕЙ
2013
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
Содержание
1 Глоссарий
2 Лекции
3 Практические занятия
4 Самостоятельная работа магистранта
2013
стр. 2 из 63
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 3 из 63
Глоссарий
1. Безотходная технология – это такой способ производства продукции,
при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье
и энергия в цикле «сырьевые ресурсы–производство–потребление–
вторичные сырьевые ресурсы» таким образом, что любые воздействия
на
окружающую
среду
не
нарушают
ее
нормального
функционирования.
2. Беседа – это диалог преподавателя с обучаемым
3. Дидактика – область педагогики, разрабатывающая общую теорию
образования и обучения и занимающаяся содержанием образования,
закономерностями и процесса обучения, методами, средствами и
организационными формами обучения.
4. Занятие – целостная функционирующая система, в которой
обеспечивается взаимодействие процессов преподавания и учения
5. Лекция - это последовательное изложение учебного материала
6. Метод обучения – это вид (способ) целенаправленной совместной
деятельности преподавателя и руководимых им учащихся
7. Методика обучения химии – педагогическая наука, занимающаяся
исследованием закономерностей обучения (как двухстороннего
процесса учитель – обучаемый) химии.
8. Методология — учение о методах и средствах деятельности.
Методология определяет структуру и последовательность определенных видов деятельности, в том числе и познавательной.
9. Обобщение – высший уровень мыслительной деятельности
10.Обучение — двусторонний процесс, осуществляемый преподавателем (преподавание) и учащимися (учение
11.Речь — общение людей посредством языка, средство координации
совместной трудовой деятельности, одно из организующих начал
коллектива.
12.Самостоятельная работа – вид деятельности студента, состоящий из
действий и операций, которые формируются под контролем
преподавателя
13.Средства обучения — это материальные объекты, при по мощи
которых преподаватель и обучающийся, используя содержание и
методы обучения, достигают поставленные перед ними цели
14.Технические средства обучения (ТСО) — это разнообразные
светотехнические и звуковые аппараты и пособия, используемые в
учебном процессе
15.Принципы обучения – это основные дидактические положения как
всей системы обучения, так и по отдельным учебным дисциплинам.
16.Экзамен — форма организации проверки знаний, позволяющая судить
об эффективности усвоения изученного курса.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 4 из 63
Микромодуль 1 – Организационные формы обучения в высшей школе
Лекция 1 – Формы обучения в вузе
План лекции:
1. организационные формы обучения
2. Лекция
3. Нетрадиционные формы проведения лекций
4. Семинарские и практические занятия высшей школе
1. В процессе организации обучения в высшей школе можно выделить
следующие формы.
Очная форма обучения. Обучение осуществляется с отрывом от производства
и основным акцентом на аудиторные занятия в условиях непосредственного
контакта учащихся с преподавателями и между собой.
Заочная форма обучения - прямая противоположность очной форме - объем
непосредственных контактов учащихся и преподавателей резко снижен
(доминируют самостоятельные формы работы), присутствует в основном
рубежный и выпускной контроль, объем изучаемого материала неизбежно
редуцирован.
Очно-заочная (вечерняя) форма - по всем параметрам занимает
промежуточное положение между очной и заочной формами.
Экстернат - полностью самостоятельная подготовка с присутствием только
выпускного контроля.
"Дистанционное обучение" (диалог между преподавателем и студентом
осуществляется через электронную почту или Интернет), а также
документальное обучение (по переписке.
К организационным формам обучения, которые одновременно являются
способами непрерывного управления познавательной деятельностью
студентов, относят:
· лекции,
· семинары, просеминары, спецсеминары,
· коллоквиумы,
· лабораторные работы,
· практикумы и спецпрактикумы,
· самостоятельную работу,
· научно-исследовательскую работу студентов,
· производственную,
· педагогическую;
· дипломную практики и др.
2. Слово "лекция" происходит от латинского "lection" - чтение. Вузовская
лекция - главное звено дидактического цикла обучения. Ее цель формирование ориентировочной основы для последующего усвоения
студентами учебного материала.
Лекция выполняет следующие функции:
· информационную (излагает необходимые сведения),
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 5 из 63
· стимулирующую (пробуждает интерес к теме),
· воспитывающую,
· развивающую (дает оценку явлениям, развивает мышление).
· ориентирующую (в проблеме, в литературе),
·
разъясняющую (направленная прежде всего на формирование
основных понятий науки),
· убеждающую (с акцентом на системе доказательств).
Незаменима лекция и в функции систематизации и структурирования
всего массива знаний по данной дисциплине.
Можно выделить следующие виды лекций.
1. По общим целям: учебные, агитационные, воспитывающие,
просветительные, развивающие.
2. По научному уровню: академические и популярные.
3. По дидактическим задачам: вводные, текущие, заключительнообобщающие, установочные, обзорные, лекции-консультации, лекциивизуализации (с усиленным элементом наглядности).
4. По способу изложения материала: бинарные или лекции-дискуссии
(диалог двух преподавателей, защищающих разные позиции), проблемные,
лекции-конференции
3. Проблемная лекция начинается с вопросов, с постановки проблемы,
которую в ходе изложения материала необходимо решить.
С помощью проблемной лекции обеспечивается достижение трех
основных дидактических целей:
1. усвоение студентами теоретических знаний;
2. развитие теоретического мышления;
3. формирование познавательного интереса к содержанию учебного
предмета и профессиональной мотивации будущего специалиста.
Лекция становится проблемной в том случае, когда в ней реализуется
принцип проблемности. При этом необходимо выполнение двух
взаимосвязанных условий:
1. реализация принципа проблемности при отборе и дидактической
обработке содержания учебного курса до лекции;
2. реализация принципа проблемности при развертывании этого
содержания непосредственно на лекции.
Стиль общения преподавателя на проблемной лекции:
1. преподаватель входит в контакт со студентами не как "законодатель", а
как собеседник, пришедший на лекцию "поделиться" с ними своим
личностным содержанием;
2. преподаватель не только признает право студента на собственное
суждение, но и заинтересован в нем;
3. новое знание выглядит истинным не только в силу авторитета
преподавателя, ученого или автора учебника, но и в силу доказательства его
истинности системой рассуждений;
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 6 из 63
4. материал лекции включает обсуждение различных точек зрения на
решение учебных проблем, воспроизводит логику развития науки, ее
содержания, показывает способы разрешения объективных противоречий в
истории науки;
5. общение со студентами строится таким образом, чтобы подвести их к
самостоятельным выводам, сделать соучастниками процесса подготовки,
поиска и нахождения путей разрешения противоречий, созданных самим же
преподавателем;
6. преподаватель строит вопросы к вводимому материалу и отвечает на
них, вызывает вопросы у студентов и стимулирует самостоятельный поиск
ответов на них по ходу лекции. Добивается того, что студент думает
совместно с ним.
Лекция - визуализация
Лекция - визуализация учит студентов преобразовывать устную и
письменную информацию в визуальную форму, что формирует у них
профессиональное мышление за счет систематизации и выделения наиболее
значимых, существенных элементов содержания обучения.
В лекции-визуализации важна определенная наглядная логика и ритм
подачи учебного материала. Для этого можно использовать комплекс
технических средств обучения, рисунок, в том числе с использованием
гротескных форм, а также цвет, графику, сочетание словесной и наглядной
информации. Важны дозировка использования материала, мастерство и стиль
общения преподавателя со студентами. Этот вид лекции лучше всего
использовать на этапе введения студентов в новый раздел, тему, дисциплину.
Возникающая при этом проблемная ситуация создает психологическую
установку на изучение материала, развитие навыков наглядной информации
в других видах обучения.
Лекция вдвоем
В этой лекции учебный материал проблемного содержания дается
студентам в живом диалогическом общении двух преподавателей между
собой. Здесь моделируются реальные профессиональные ситуации
обсуждения теоретических вопросов с разных позиций двумя специалистами,
например теоретиком и практиком, сторонником или противником той или
иной точки зрения и т.п.
Лекция с заранее запланированными ошибками
Эта форма проведения лекции была разработана для развития у студентов
умений оперативно анализировать профессиональные ситуации, выступать в
роли экспертов, оппонентов, рецензентов, вычленять неверную или
неточную информацию. Подготовка преподавателя к лекции состоит в том,
чтобы заложить в ее содержание определенное количество ошибок
содержательного, методического или поведенческого характера.
Лекция-пресс-конференция
Форма проведения лекции близка к форме проведения прессконференций, только со следующими изменениями. Преподаватель называет
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 7 из 63
тему лекции и просит студентов письменно задавать ему вопросы по данной
теме. Каждый студент должен в течение 2-3 минут сформулировать наиболее
интересующие его вопросы, написать на бумажке и передать преподавателю.
Затем преподаватель в течение 3-5 минут сортирует вопросы по их
смысловому содержанию и начинает читать лекцию.
Лекция-беседа
Лекция-беседа, или «диалог с аудиторией», является наиболее
распространенной и сравнительно простой формой активного вовлечения
студентов в учебный процесс. Эта лекция предполагает непосредственный
контакт преподавателя с аудиторией. Преимущество лекции-беседы состоит
в том, что она позволяет привлекать внимание студентов к наиболее важным
вопросам темы, определять содержание и темп изложения учебного
материала с учетом особенностей студентов.
Лекция-дискуссия
Дискуссия – это взаимодействие преподавателя и студентов, свободный
обмен мнениями, идеями и взглядами по исследуемому вопросу. Это
оживляет учебный процесс, активизирует познавательную деятельность
аудитории и, что очень важно, позволяет преподавателю управлять
коллективным мнением группы, использовать его в целях убеждения,
преодоления негативных установок и ошибочных мнений некоторых
студентов. Эффект достигается только при правильном подборе вопросов для
дискуссии и умелом, целенаправленном управлении ею.
Лекция с разбором конкретных ситуаций
Данная лекция по форме похожа на лекцию-дискуссию, однако, на
обсуждение преподаватель ставит не вопросы, а конкретную ситуацию.
4. Семинары. Главная цель семинарских занятий - обеспечить студентам
возможность овладеть навыками и умениями использования теоретического
знания применительно к особенностям изучаемой отрасли.
В настоящий момент сложились следующие виды семинаров:
· Просеминар -ознакомление студентов со спецификой самостоятельной
работы, литературой, и методикой работы над ними.
· Собственно семинар:
а) развернутая беседа по заранее известному плану;
б) небольшие доклады студентов
Можно выделить несколько видов учебных семинаров.
Междисциплинарные. На занятия выносится тема, которую необходимо
рассмотреть в различных аспектах: политическом, экономическом, научнотехническом, юридическом, нравственном и психологическом.
Проблемный семинар. Во время семинара в условиях групповой
дискуссии проводится обсуждение проблем. Метод проблемного семинара
позволяет выявить уровень знаний студентов в данной области и
сформировать стойкий интерес к изучаемому разделу учебного курса.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 8 из 63
Тематические. Этот вид семинара готовится и проводится с целью
акцентирования внимания студентов на какой-либо актуальной теме или на
наиболее важных и существенных ее аспектах.
Ориентационные. Предметом этих семинаров становятся новые аспекты
известных тем или способов решения уже поставленных и изученных
проблем, опубликованные официально материалы, указы, директивы и т.п.
Системные. Проводятся для более глубокого знакомства с разными
проблемами, к которым имеет прямое или косвенное отношение изучаемой
темы
Критерии оценки семинарского занятия:
· Целенаправленность;
· Планирование;
· Организация семинара;
· Стиль проведения семинара;
· Отношения "преподаватель - студенты";
· Управление группой.
Практические занятия. Они предназначены для углубленного изучения
дисциплины. Их формы разнообразны. Это родовое понятие: лабораторные
работы, семинарские занятия, практикумы.
Структура практических занятий:
· вступление преподавателя;
· ответы на вопросы студентов по неясному материалу;
· практическая часть как плановая;
· заключительное слово преподавателя.
Важнейшей стороной любой формы практических занятий являются
упражнения. Основа в упражнении - пример, который разбирается с позиций
теории, развитой в лекции.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: организационные формы обучения, лекции, семинары,
практические, виды организационных форм, преимущества и недостатки
Вопросы для самоконтроля:
1. Почему лекцию называют главной организационной формой обучения?
2. Какие виды лекций осуществляются в высшей школе?
3. Какие требования предъявляются к практическим занятиям?
Рекомендуемая литература:
1. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной
аспекты: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Владос, 1999. 384 с.
2. Педагогика и психология высшей школы: Учебное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2002. - 544 с.
Лекция 2 – Методы и формы контроля знаний студентов
План лекции:
1. Методы контроля
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 9 из 63
2. Назначение контроля и предъявляемые к нему требования
3. Формы контроля
Методы контроля — это способы деятельности преподавателя и студентов, в
ходе которых выявляются усвоение учебного материала и овладение
студентами требуемыми знаниями, умениями и навыками. В высших
учебных заведениях основными методами контроля знаний, умений и
навыков студентов являются: устный опрос, письменная и практическая
проверки, стандартизированный контроль.
Устный опрос — наиболее распространенный метод контроля знаний
студентов. Различают фронтальный, индивидуальный и комбинированный
опрос. Фронтальный опрос проводится в форме беседы преподавателя с
группой.
Письменная проверка наряду с устной является важнейшим методом
контроля знаний, умений и навыков студентов. Применение этого метода
дает возможность в наиболее короткий срок одновременно проверить
усвоение учебного материала всеми студентами группы, определить
направления для индивидуальной работы с каждым. Письменная проверка
используется во всех видах контроля и осуществляется как в аудиторной, так
и во внеаудиторной работе (выполнение домашних заданий).
2. Контроль знаний и умений студентов выполняет в процессе обучения
проверочную, обучающую, развивающую, воспитательную и методические
функции, наиболее важная и специфическая — проверочная функция.
Показатели контроля служат главным основанием для суждения о
результатах чтения, т.е. для решения таких вопросов, как перевод на
следующий курс, выдача диплома.
Развивающая функция контроля заключается в том, что он дает большие
возможности для развития личности студента, формирования его
познавательных способностей, так как в этом процессе происходит
напряжение умственной деятельности. Контроль знаний и умений решает и
воспитательную функцию, т.к. он всегда глубоко затрагивает эмоциональную
сферу личности.
Контроль знаний и умений выполняет методическую функцию. Его процесс
и результаты очень важны для совершенствования работы самого
преподавателя.
Контроль должен быть:
планомерным и систематическим;
всесторонним;
педагогически тактичным.
3. Учебные планы и программы вузов предусматривают следующие формы
организации контроля знаний и умений студентов: обязательные
контрольные работы, зачеты, квалификационные испытания, защиту
курсовых и дипломных проектов (работ), семестровые, а также
государственные экзамены.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 10 из 63
Проверка, осуществляемая в различных формах итогового контроля, во
многом определяется характером контрольных заданий и информацией,
заключенной в них. Все это требует тщательного, обоснованного отбора
заданий. Задание всегда должно отражать цели изучения того или иного
учебного предмета при подготовке специалиста, соответствовать
требованиям учебных программ.
Исходными при отборе содержания проверочных заданий служат следующие
основания.
1. Обеспечение полноты объема проверяемого учебного материала.
2. Обобщенный характер контрольных знаний.
3. Продуктивный, прикладной характер контрольных заданий.
4. Направленность содержания контрольных заданий на активизацию
познавательной деятельности студентов.
В учебных заведениях используют следующие виды контрольных работ:
Теоретические, позволяющие проверить усвоение студентами основных
теоретических понятий, закономерностей, умение выделять характерные
признаки, особенности процессов и явлений;
практические с помощью которых проверяют умение применять полученные
знания для решения конкретных задач;
комплексные, содержащие задания как теоретического, так и практического
характера.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: методы контроля – устный и письменный опрос, требования
к контролю знаний и умений студентов, формы контроля
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие формы контроля наиболее часто используются в вузе?
2. В чем преимущества индивидуального учета знаний перед всеми
другими методами устной проверки?
3. Какие виды контрольных работ используются в учебных заведениях?
Рекомендуемая литература:
1. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной
аспекты: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Владос, 1999. 384 с.
2. Педагогика и психология высшей школы: Учебное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2002. - 544 с.
Лекция 3 – Современные технологии обучения органической химии
План лекции:
1. Понятие о технологии обучения, цели и задачи. Классификация
технологии обучения.
2. Технология проблемного обучения. Технология разноуровневого
обучения.
3. Технология игрового обучения. Информационно-коммуникационные
технологии.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 11 из 63
4. Интеграция как средство внедрения новых педагогических технологий
5. Технологии метода проектов. Творческая форма рефлексии – Синквейн
1. Технология обучения химии – это особый вид методики обучения химии,
который предусматривает:
 Тщательно продуманную модель учебного процесса, отражающую
четко сформулированный методический замысел и спланированный
конечный результат;
 Специально методически обработанное (преобразованное) в
соответствии с замыслом химическое содержание;
 Систему методов и средств обучения химии;
 Достаточно точный временной режим;
 Диагностику достигнутости промежуточных и конечного результата
Технологии обучения классифицируются:
- по организационным формам (коллективный способ обучения, групповое
обучение, индивидуализированное обучение и пр.);
- по доминирующему методу обучения (программированное обучение,
модульное обучение, обучение на основе опорных схем-конспектов, игровое
обучение, обучение на основе соревнования, опережающее обучение и пр.);
- по адресной направленности (для одаренных детей, для трудных детей, для
классов коррекции и т. д.);
- по характеру общения между преподавателем и студентом (технология
сотрудничества, личностно-ориентированная и т. п.).
Как активный субъект образовательного процесса, преподаватель
ставит цель: активизация учебно-познавательной деятельности студентов,
снятие усталости и трудностей, качественное усвоение предмета, развитие
научного интереса, повышение уровня практической направленности химии.
Достижению цели способствует решение следующих задач:
 привлечение студентов к решению поставленных целей занятия, развитие
способности
студентов
к
соуправлению
и
самоуправлению
образовательным процессом;
 повышение мотивации и интереса к содержанию изучаемого материала;
2. Проблемное обучение пронизывает весь курс органической химии. Каждое
занятие становится проблемным. Ставится проблема, студенты подводятся к
ее решению.
Пример изучения тем курса органической химии:
Тема
Проблема
Теория
Состав органических соединений C2 H 6 , C3 H 8 , C4 H 10 .
химического
Какова валентность углерода в них? (Обычные
строения
представления о валентности приходят в противоречие
с составом соединений)
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Ароматические
углеводороды
Многоатомные
спирты
Глюкоза
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 12 из 63
Исходя из структурной циклической формулы бензола,
которую предложил Кекуле, назовите реакции, которые
будут характерны для данного вещества (демонстрация
опытов взаимодействия бензола с бромной водой и
перманганатом калия). Бензол с ними не реагирует. В
чем причина данного противоречия? (Противоречие
между строением молекулы (формулой Кекуле) и
свойствами).
Отличаются ли по свойствам спирты, содержащие
несколько групп, от спиртов, имеющих в своем составе
одну гидроксильную группу? (Опыт взаимодействия
глицерина с основаниями приводит к противоречию:
учащимся известно, что одноатомные спирты при
нормальных условиях не реагируют с основаниями)
Формула глюкозы C6 H12O6 . Какие функциональные
группы имеются в ее строении? Если в молекуле
глюкозы имеется альдегидная группа, то почему она не
реагирует с фуксинсернистой кислотой?
Аминокислоты
Какие свойства можно предположить у вещества
строения NH 2  CH 2  COOH ? Как действует раствор
этого соединения на индикатор?
Технология разноуровневого обучения. При организации процесса обучения
учащихся необходимо ориентироваться на введение трех стандартов:
 обязательная общеобразовательная подготовка (ее уровень должен
достичь каждый ученик): усвоение ЗУН в рамках учебной программы;
 повышенная подготовка, определяющаяся заданной глубиной овладения
содержанием учебного предмета;
 обучение
на
уровне
углубленного изучения предмета
для
интересующегося, способного ученика. Обучение происходит на
индивидуальном и максимально возможном уровне сложности.
Учащийся определяет направления собственной реализации на
основании имеющихся способностей, склонностей, интересов и выбирает ту
образовательную траекторию, которая ему наиболее близка. Выбор уровня
сложности достаточно подвижен и делается не «навсегда».
3. Технология игрового обучения способствует повышению интереса
учащихся к различным видам учебной деятельности и познавательной
активности. Игру как метод обучения, передачи опыта старших поколений
младшим люди использовали с древности.
Информационно-коммуникационные
технологии.
Использование
информационных и коммуникационных технологий открывает новые
перспективы и возможности для обучения химии. ИКТ можно использовать
на различных этапах занятия: для проведения химической разминки, на этапе
объяснения нового материала, для коррекции знаний, умений, навыков.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 13 из 63
Информационные технологии делают занятие ярким и содержательным,
развивают познавательные способности студентов и их творческие силы.
Решение поставленных задач достигается при проведении серии
мультимедийных занятий. Компьютерные технологии дают возможность
увеличить плотность занятия, качество изученного материала, повысить темп
занятия, логику рассуждений, эффективно провести проверку усвоенных
знаний, развивать творческие компетентности обучаемых.
4. Интеграция осуществляется на следующих уровнях:
1.
Межпредметные связи. Предполагается принцип «вторжения в другую
область», т.е. привлечение на занятия понятий, образов, представлений из
других вузовских дисциплин. При изучении химической науки очень часто
прослеживаются межпредметные связи органической химии с математикой,
биологией, физикой и географией, с предметами естественно –
математического цикла и ОБЖ. Чтение литературных отрывков, стихов на
занятии по органической химии придаёт изучаемому материалу особую
привлекательность и развивает интерес студентов. 2. Интегрированные
уроки. Проведение интегрированных уроков создает условия для
использования разнообразных заданий, способствующих развитию интереса
студентов к предмету при обсуждении учебной темы. Интегрированные
уроки надолго остаются в памяти студентов.
Преподаватель использует три типа интегрированных уроков:
 занятие – изучение нового материала;
 занятие – обобщение и закрепление изученного;
 занятие – контроля знаний.
5. Проект (лат. projectus – брошенный вперед) предполагает разработку
замысла, предварительного, предположительного поиска ответа на вопрос,
решения проблемы разным способом. Метод проектов реализует главный
смысл и назначение обучения – создает условия для сотрудничества в
сообществе исследователей, тем самым помогает обучаемому стать
талантливым учеником.
В практике обучения химии проектная деятельность реализуется
через:
 лекцию как таковой или практическое занятие;
 научно-практичную деятельность студентов, защиту рефератов;
Преподавателем используются следующие проекты:
 Информационные.
 Творческие проекты
Метод проектов ориентирован на достижение целей учащихся. Он
формирует большое количество умений и навыков, опыт деятельности.
Творческая форма рефлексии – Синквейн. Способность резюмировать
информацию, излагать сложные мысли, чувства, представления в нескольких
словах – это важное умение. Оно требует вдумчивой рефлексии, основанной
на богатом понятийном запасе. С этой точки зрения интересна творческая
форма рефлексии – синквейн. Синквейн – это стихотворение, которое
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 14 из 63
требует синтеза информации и материала в кратких выражениях. Слово
синквейн происходит от французского, которое означает «пять». Таким
образом, синквейн – это стихотворение, состоящее из пяти строк.
Правила написания синквейна:
 В первой строчке тема называется одним словом (обычно
существительным).
 Вторая строчка – это описание темы в двух словах (двумя
прилагательными).
 Третья строчка – это описание действия в рамках этой темы тремя
словами (глаголы).
 Четвёртая строка – это фраза из четырёх слов, показывающая
отношение к теме (чувства одной фразой).
 Последняя строка – это синоним из одного слова, который повторяет
суть темы.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: цели и задачи технологии обучения, классификация,
технологии проблемного обучения, игрового обучения, интеграция, метод
проекта
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие
традиционные
элементы
присутствуют
технологии
программированного обучения?
2. В чем преимущества проблемного обучения?
3. Как используется в вузе метод проектов?
Рекомендуемая литература:
1. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной
аспекты: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Владос, 1999. 384 с.
2. Педагогика и психология высшей школы: Учебное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2002. - 544 с.
Лекция 4 - Использование технологии проблемного обучения в процессе
преподавания химии
План лекции:
1.
История возникновения и развития проблемного обучения.
2.
Сущность проблемного обучения и необходимость его внедрения в
современный учебный процесс.
2.1. Теоретические основы проблемного обучения.
2.2. Виды проблемных ситуаций и способы их создания.
2.3. Технологическая схема проблемного обучения.
2.4. Уровни проблемного обучения.
2.5. Способы организации проблемного обучения.
3. Проблемное обучение на занятиях органической химии
1. Проблемное обучение имеет длительную историю своего развития. Еще в
древние времена было известно, что умственная активность способствует и
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 15 из 63
лучшему запоминанию, и более глубокому проникновению в суть предметов,
процессов и явлений. В новой истории стремление к активному обучению
восходит к философским взглядам Ф. Бэкона. В дальнейшем идею активного
обучения развивали такие педагоги и философы, как Я.А. Коменский, Ж.Ж.
Руссо, И.Г. Песталоцци.
Во второй половине XIX века с критикой схоластических методов
обучения выступал английский педагог Армстронг. Первостепенное
значение среди методов и приемов обучения занимают эвристическая беседа,
проблемное изложение, дедуктивный подход. На широком использовании
этих методов и строится современная теория проблемного обучения,
разработанная М.И. Махмутовым, заслуга которого заключается в том, что
он дал научное обоснование проблемному обучению как дидактической
системе. М.И.Махмутов считает, что проблемное обучение – это тип
развивающего
обучения, в
котором
сочетаются
систематическая
самостоятельная поисковая деятельность учащихся с усвоением ими готовых
выводов науки, а система методов построена с учетом целеполагания и
принципа проблемности; процесс взаимодействия преподавания и учения
ориентирован на формирование познавательной самостоятельности
учащихся, устойчивых мотивов учения и мыслительных, включая и
творческие способности в ходе усвоения ими научных понятий и способов
деятельности, детерминированного системой проблемных ситуаций.
2. Теоретические основы проблемного обучения. Под проблемным обучением
понимается такая организация учебного процесса, которая предполагает
создание под руководством учителя проблемных ситуаций и активную
самостоятельную деятельность учащихся по их разрешению, в результате
чего и происходит творческое овладение предметными знаниями, умениями,
навыками (ЗУН) и развитие творческих способностей.
Данный вид обучения:
1.
направлен на самостоятельный поиск учащимися новых понятий и
способов действий;
2.
предполагает последовательное и целенаправленное выдвижение
перед учащимися познавательных проблем, разрешение которых (под
руководством учителя) приводит к активному усвоению новых знаний;
3.
обеспечивает особый способ мышления, прочность знаний и
творческое их применение в практической деятельности.
Необходимыми составляющими проблемного обучения являются следующие
понятия: «проблема», «проблемная ситуация», «гипотеза», «эксперимент».
Проблема ( от греч. – задача) – «сложный вопрос, задача, требующая
решения» (С.И. Ожегов).
Проблемную ситуацию определяется как психическое состояние личности,
при котором возникает познавательная потребность в результате каких –
либо противоречий.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 16 из 63
Для построения процесса проблемного обучения требуется создание
соответствующих проблемных ситуаций, из которых наиболее характерными
являются следующие:
1. Первый тип. Проблемные ситуации чаще всего возникают тогда, когда
учащиеся сталкиваются с необходимостью использовать ранее усвоенные
знания в новых практических условиях.
2. Второй тип. Проблемная ситуация легко возникает в том случае, если
имеется противоречие между теоретически возможным путём решения
задачи и практической неосуществимостью избранного способа.
3. Третий тип. Проблемная ситуация возникает тогда, когда имеется
противоречие между практически достигнутым результатом выполнения
учебного задания и отсутствием у учащихся знаний для его теоретического
обоснования.
4. Четвёртый тип следует считать самым распространённым. Проблемные
ситуации возникают, если учащиеся не знают способа решения поставленной
задачи, т.е. в случае осознания учащимися недостаточности прежних знаний
для объяснения нового факта.
Методы решения проблемной ситуации

Исследовательский: индуктивное (от частного к общему) и
дедуктивное (от общего к частному) исследование.

Проектирование.
Средства решения проблемной ситуации (проблемы)

Эксперимент.

Работа с информацией (текстовой, визуальной и др.).

Наблюдение.

Моделирование.
Формы работы учащихся

Беседа (эвристическая, дискуссия, диспут и т. д.).

Проблемная лекция.

Экскурсия.

Лабораторный опыт с решением задачи исследовательского характера

Теоретическая работа в группе над проблемными задачами и
заданиями;

Работа с историческими документами, текстами, материалами с
проблемной направленностью.
Технологическая схема проблемного обучения такова: преподаватель создает
проблемную ситуацию, направляет учащихся на ее решение, организует
поиск решения, проверку правильности выдвинутых гипотез и применение
полученных знаний в решении практических задач.
Проблемное обучение может быть разного уровня в зависимости от
деятельности педагога и учащихся (табл.).
Kоличество Kоличество
Уровень звеньев,
звеньев,
сохраняемых передаваемых
Что
учитель
делает Что
ученик
делает
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
за учителем
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 17 из 63
ученику
0
3
0
Ставит
проблему, Запоминает
формулирует
ее, решение
решает проблему
проблемы
1
2
1
Ставит
проблему, Решает
формулирует ее
проблему
Формулирует
проблему,
решает проблему
2
1
2
Ставит проблему
3
0
3
Проводит
общую Осознает проблему,
организацию, контроль формулирует
ее,
и умелое руководство
решает проблему
Наиболее эффективны следующие три способа организации проблемного
обучения:
1.
проблемное изложение,
2.
поисковая (эвристическая) беседа,
3.
самостоятельная поисковая и исследовательская деятельность
учащихся.
Проблемное изложение. Этот способ организации проблемного
обучения наиболее уместен в тех случаях, когда учащиеся не обладают
достаточным объемом знаний, когда они впервые сталкиваются с тем или
иным явлением и не могут установить необходимые ассоциативные связи. В
этом случае поиск осуществляет сам учитель.
Поисковая (эвристическая) беседа.
Эвристической беседой называют систему логически взаимосвязанных
вопросов учителя и ответов учащихся, конечной целью которой является
решение целостной, новой для учащихся проблемы или ее части.
Самостоятельная поисковая и исследовательская деятельность учащихся.
Самостоятельная деятельность учащихся исследовательского характера
является высшей формой самостоятельной деятельности и возможна лишь
тогда, когда школьники обладают достаточными знаниями, необходимыми
для построения научных предположений, также умением выдвигать
гипотезы.
3. Выделяются ведущие проблемы, которые проходят через весь курс и
связаны с проблемами науки:
1)
выяснения строения (структурного, пространственного, электронного)
молекулы вещества;
2)
зависимости свойств вещества от строения и практического
применения вещества и его свойств;
3)
нахождения способов получения органических веществ из различных
видов сырья.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 18 из 63
Вокруг этих ведущих проблем и группируются частные, конкретные
проблемы, возникающие при изучении классов органических веществ и
отдельных соединений.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: сущность проблемного обучения, теоретические основы
проблемного обучения, виды проблемных ситуаций, технологическая схема
проблемного обучения, уровни проблемного обучения, способы организации
проблемного обучения
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие принципы лежат в основе проблемного обучения?
2. Каковы уровни проблемного обучения?
3. В чем преимущества проблемного обучения?
Рекомендуемая литература:
1.
Чернобельская Г.М. Методика обучения химии. – М.: Владос, 2000. 336с.
2.
Цветков Л.А. Преподавание органической химии в средней школе. М.: Просвещение, 1984. – 312с.
3.
Грабовый А.К. Технологизация обучения во взаимосвязи с химическим
экспериментом // Химия в школе. – 2006. - № 1. – с. 64-65
Лекция 5 - Проектный метод обучения при изучении органической
химии и химии ВМС
План лекции:
1. Понятие метода проектов.
2. Метод проектов в средней школе
3. Проектные технологии в высшей химической школе
1. Проект от лат. «projektus» означает буквально «выброшенный вперед».
Метод проектов возник в начале прошлого столетия. Основателями его
считаются американские ученые Дьюи и Килпатрик. Метод проектов –
образовательная технология, нацеленная на приобретение учащимися новых
знаний в тесной связи с реальной жизненной практикой, формирование у них
специфических умений и навыков посредством системной организации
проблемно-ориентированного учебного поиска.
Применение метода проектов вытекает из:
 необходимости не столько передавать ученикам сумму тех или иных
знаний, сколько научить приобретать эти знания самостоятельно, уметь
пользоваться приобретенными знаниями для решения новых
познавательных и практических задач;
 актуальности и обязательности приобретения коммуникативных
навыков и умений, т.е. умение работать в разнообразных группах,
исполняя разные социальные роли (лидера, исполнителя, посредника и
пр.);
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 19 из 63
 жизненной необходимости установления широких человеческих
контактов, знакомства с разными культурами, разными точками зрения
на одну проблему;
 значимости
для
развития
человека
умения
пользоваться
исследовательскими методами: собирать необходимую информацию,
факты, уметь их анализировать с разных точек зрения, выдвигать
гипотезы, делать выводы и заключения.
2. Место организации проектов в учебном процессе
Результаты проектной деятельности можно реализовать несколькими
способами:
- во время урока;
- вне урока.
Алгоритм выполнения проекта
В общем виде можно выделить несколько этапов работы над проектом.
1. Определение (нахождение) проблемы (выбор темы исследования,
уточнение цели, обсуждение задания).
2. Обсуждение и поиск способов решения проблемы (анализ проблемы,
определение источников информации, уточнение планов деятельности,
распределение ролей в команде, сбор и уточнение информации).
3. Решение проблемы.
4. Оформление результатов.
5. Защита проекта.
6. Оценка и самооценка результатов.
Основные критерии использования метода проектов в учебном процессе
1. Наличие интересной, значимой в исследовательском, творческом и
познавательном плане проблемы /задачи/, требующей интегрированного
знания, исследовательского поиска для ее решения.
2. Проект должен иметь практическую, теоретическую, познавательную и
образовательную значимость предполагаемых результатов;
3. Проект предполагает существенную самостоятельную деятельность
учащихся.
4. Для оптимальной реализации проекта, он должен быть структурирован на
отдельные содержательные части.
5. Работа над проектом должна предполагать обязательное использование
методологии данной науки и научных методов, предусматривающих
определенную последовательность действий:
- выдвижение гипотез решения проблемы;
- работа с научной литературой;
- выбор обоснованной методики исследования;
- проведение исследования;
- сбор, систематизация и анализ полученных данных;
- оформление конечных результатов доклада;
- подведение итогов, оформление результатов, их презентация;
- выводы, выдвижение новых проблем исследования.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 20 из 63
6. Работа над проектом должна завершаться самооценкой ученика по
результатом работы над темой.
Презентация и защита учебных проектов
Презентация и защита результатов проекта может быть проведена в виде:
- демонстрации видеофильма, иллюстрированного сопоставления фактов,
документов и событий, спектакля, телепередачи, театрализации, рекламы,
пресс-конференции;
- диалога исторических или литературных персонажей, инсценировки
реального или вымышленного исторического события, путешествия,
ролевой игры, экскурсии;
- научной конференции, научного доклада, отчета исследовательской
экспедиции;
- соревнования, спортивной игры, выставки и т.д.
Структура проектов, реализуемых на уроке
Чтобы задействовать всех учащихся класса, необходимо назначить
ответственных за каждый пункт выполнения темы (по 1-3 ученика). Учитель
заранее объявляет тему урока и выдает каждому ученику индивидуальное
задание, помогает им в подборе необходимой литературы, изготовлении
схем, таблиц, презентаций и экспериментов.
Индивидуальные задания учащимся при изучении органического соединения
1. Историческая справка;
2. Нахождение в природе:
а) общее содержание элемента в природе;
б) содержание элемента или его соединений по сферам Земли;
3. Физические свойства:
а) агрегатное состояние;
б) внешние признаки;
в) физические константы;
4. Строение молекулы;
5. Нахождение в общей классификации элементов или веществ.
Номенклатура. Изомерия;
6. Химические свойства (с демонстрацией основных свойств):
реакции:
- присоединения;
- замещения;
- полимеризации;
- разложения;
- окисления (полное и неполное);
- восстановления;
- изомеризации;
- горения и т.д.;
Правила хранения и обращения с веществом.
7. Применение по отраслям.
8. Получение:
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 21 из 63
а) в лаборатории;
б) в промышленности.
9. Физиологические свойства элемента или его соединений:
10. Краеведческий материал.
Проекты, реализуемые во внеурочное время
Внеурочная (внеклассная) работа – неотъемлемый атрибут учебновоспитательного процесса в школе. Проектные педагогические технологии
заняли в этой работе достойное место. По характеру основной деятельности
ученика в реализации проектов, их можно классифицировать на несколько
типов.
Информационные проекты – это тип проектов, призванный научить
учащихся добывать и анализировать информацию.
Учебно-исследовательские проекты – имеют структуру, приближенную к
подлинным научным исследованиям.
Творческие проекты имеют не столь строго проработанную структуру,
однако строятся по известной логике: определение потребности,
исследование, обозначение требований к объекту проектирования,
выработка первоначальных идей, их анализ, планирование, изготовление,
оценка (рефлексия).
Игровые проекты – предполагают, что участники принимают на себя
определенной роли, обусловленные содержанием проекта.
К организации проектов предъявляют следующие требования:
· проект должен быть включен в процесс обучения и воспитания учащихся;
· учащиеся должны обсуждать реальные проблемы и ставить актуальные
задачи;
· деятельность учащихся должна иметь целесообразный характер;
· работа учащихся должна быть осмысленной и активной;
· учащиеся должны уметь четко формулировать свои мысли в письменном
виде, анализировать новую информацию, участвовать в создании новых
идей;
· конечный вид проекта (представленный в любой форме), должен иметь
титульный лист, в котором указаны название проекта, автор, класс, учебное
заведение, руководитель и другие необходимые сведения пояснительную
записку, теоретическую описательную часть, заключение и выводы.
Требования к выбору темы проекта.
· Тема должна быть интересна учащемуся, должна увлекать его
· Тема должна быть оригинальной, в ней необходим элемент неожиданности,
необычности, практичности.
· Тема должна быть выполнена относительно быстро.
Последовательность выполнения исследовательского проекта
На первом этапе происходит определение проблемы – выбор темы
исследования, уточнение цели, обсуждение задания.
Второй этап предполагает обсуждение и поиск способов решения проблемы
– анализ проблемы, определение источников информации, уточнение планов
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 22 из 63
деятельности, распределение ролей в команде, сбор и уточнение
информации.
Третий этап – поэтапное планирование работы над проектом. Учащиеся
выделяют в своих исследованиях этапы.
На четвертом этапе учащиеся выполняют исследование.
Пятый этап предполагает обсуждение промежуточных результатов,
полученных в ходе работы над проектом.
На шестом этапе учащиеся оформляют результаты исследования, указывая
при этом цели и задачи работы, методы исследования; выделяется
окончательный результат работы над проектом, который может быть
представлен в виде: прибора, установки, принципиальной схемы,
конкретных рекомендаций, фильма и т.д.
На седьмом этапе учащиеся защищают проект, готовят доклады,
презентации, объясняют полученные результаты.
Восьмой этап предполагает оценку и самооценку результатов проведенной
работы, рефлексию.
3. Если в казахстанской общеобразовательной средней школе традиции
проектных технологий в значительной мере утрачены, то на химических
факультетах
классических
отечественных
университетов
издавна
практикуется выполнение студентами дипломных и курсовых работ, которые
подпадают под определение проектов. Сочетание классических учебных
курсов с курсовыми и дипломными работами как раз и обеспечивает
фундаментальную подготовку выпускников. Многие из сформулированных
выше методических требований к ученическим исследованиям применимы и
к студенческим проектным работам.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: сущность, цели и требования метода проектов, метод
проектов в средней школе, проектные технологии в высшей химической
школе
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие требования предъявляются к методу проектов?
2. В чем отличие метода проектов в школах и в вузах?
3. Каковы этапы проектного обучения?
Рекомендуемая литература:
1. Лазарев В.С. Новое понимание метода проектов в образовании // Педагогика,
2011, №10, С. 3-11.
2. Жилин Д.М. Проектное обучение в химии: обзор западного опыта. /
Инновационные процессы в химическом образовании. Материалы IV
всероссийской научно-практической конференции с международным участием.
Челябинск, 2012. С. 109-118.
3.Зерщикова Т. А. О способах реализации метода проектов в вузе. Проблемы и
перспективы развития образования: материалы междунар. заоч. науч. конф. (г.
Пермь, апрель 2011 г.).Т. II. — Пермь: Меркурий, 2011. — С. 79-82.
Лекция 6 - Кейс метод в обучении органической химии
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 23 из 63
План лекции:
1. Общая характеристика метода case-study
2. Типы и жанры кейсов, способы их представления.
3. Структура кейса и принципы его построения
4. Метод сase-study как образовательная технология
1. Case-studiеs – учебные конкретные ситуации специально разрабатываемые
на основе фактического материала с целью последующего разбора на
учебных занятиях. Идеи метода case-study (метода ситуационного обучения)
достаточно просты:
1. Метод предназначен для получения знаний по дисциплинам, истина в
которых плюралистична, т.е. нет однозначного ответа на поставленный
вопрос, а есть несколько ответов, которые могут соперничать по степени
истинности.
2. Акцент обучения переносится не на овладение готовым знанием, а на
его выработку, на сотворчество студента и преподавателя.
3. Результатом применения метода являются не только знания, но и
навыки профессиональной деятельности.
4. Технология метода заключается в следующем: по определенным
правилам разрабатывается модель конкретной ситуации, произошедшей в
реальной жизни, и отражается тот комплекс знаний и практических
навыков, которые студентам нужно получить.
5. Несомненным достоинством метода ситуационного анализа является
не только получение знаний и формирование практических навыков, но
и развитие системы ценностей студентов, профессиональных позиций,
жизненных установок, своеобразного профессионального мироощущения и
миропреобразования.
6. В методе case-study преодолевается классический дефект традиционного
обучения, связанный с «сухостью», неэмоциональностью изложения
материала – эмоций, творческой конкуренции и даже борьбы в этом
методе так много что хорошо организованное обсуждение кейса
напоминает театральный спектакль.
Хороший кейс должен удовлетворять следующим требованиям:
- соответствовать четко поставленной цели создания;
- иметь соответствующий уровень трудности;
- иллюстрировать несколько аспектов окружающей жизни;
- не устаревать слишком быстро;
- быть актуальным на сегодняшний день;
- иллюстрировать типичные ситуации;
- развивать аналитическое мышление;
- провоцировать дискуссию;
- иметь несколько решений.
Признаки метода case-study:
1. Наличие модели социально-экономической системы, состояние
которой рассматривается в некоторый дискретный момент времени.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 24 из 63
2. Коллективная выработка решений.
3.
Многоальтернативность
решений;
принципиальное
отсутствие
единственного решения.
4. Единая цель при выработке решений.
5. Наличие системы группового оценивания деятельности.
6. Наличие управляемого эмоционального напряжения обучаемых.
Технологические особенности метода case-study:
1.
Метод
представляет
собой
специфическую
разновидность
исследовательской аналитической технологии, т.е. включает в себя операции
исследовательского процесса, аналитические процедуры.
2. Метод case-study выступает как технология коллективного обучения,
важнейшими составляющими которой выступают работа в группе (или
подгруппах) и взаимный обмен информацией.
3.
Метод
case-study
в
обучении
можно
рассматривать
как
синергетическую технологию, суть которой заключается в подготовке
процедур погружения группы в ситуацию, формировании эффектов
умножения знания, инсайтного озарения, обмена открытиями и т.п.
4. Метод case-study интегрирует в себе технологии развивающего обучения,
включая процедуры индивидуального, группового и коллективного
развития, формирования многообразных личностных качеств обучаемых.
5. Метод case-study выступает как специфическая разновидность
проектной технологии.
6. Метод case-study концентрирует в себе значительные достижения
технологии «создания успеха».
2. Классификация кейсов может производиться по различным признакам.
Одним из широко используемых подходов к классификации кейсов
является их сложность. При этом различают:
- иллюстративные учебные ситуации – кейсы, цель которых – на
определенном практическом примере обучить студентов алгоритму
принятия правильного решения в определенной ситуации;
- учебные ситуации – кейсы с формированием проблемы, в которых
описывается ситуация в конкретный период времени, выявляются и четко
формулируются проблемы; цель такого кейса – диагностирование ситуации и
самостоятельное принятие решения по указанной проблеме;
- учебные ситуации – кейсы без формирования проблемы, в которых
описывается более сложная, чем в предыдущем варианте ситуация, где
проблема четко не выявлена, а представлена в статистических данных,
оценках общественного мнения, органов власти и т.д.; цель такого кейса –
самостоятельно выявить проблему, указать альтернативные пути ее решения
с анализом наличных ресурсов;
- прикладные упражнения, в которых описывается конкретная
сложившаяся ситуация, предлагается найти пути выхода из нее; цель
такого кейса – поиск путей решения проблемы.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 25 из 63
Кейсы могут быть классифицированы, исходя из целей и задач процесса
обучения. В этом случае могут быть выделены следующие типы кейсов:
- обучающие анализу и оценке;
- обучающие решению проблем и принятию решений;
- иллюстрирующие проблему, решение или концепцию в целом.
Бывают кейсы с приложениями и без приложений; кейсы с приложениями
обычно предполагают формирование навыков расчетов и анализа
статистической информации.
По типу методической части кейсы бывают вопросными, при их
разрешении студентам нужно дать ответы на поставленные вопросы,
либо кейсы-задания, которые формулируют задачу или задание.
3. Целесообразно выделение следующих основных этапов создания кейсов:
1. Формирование дидактических целей кейса.
2. Определение проблемной ситуации.
3. Построение программной карты кейса, состоящей из основных тезисов,
которые необходимо воплотить в тексте.
4. Поиск институциональной системы (фирма, организация, ведомство и
т.д.), которая имеет непосредственное отношение к тезисам программной
карты.
5. Сбор информации в институциональной системе относительно тезисов
программной карты кейса.
6. Построение или выбор модели ситуации, которая отражает
деятельность института; проверка ее соответствия реальности.
7. Выбор жанра кейса.
8. Написание текста кейса.
9. Диагностика правильности и эффективности кейса; проведение
методического учебного эксперимента, построенного по той или иной
схеме, для выяснения эффективности данного кейса.
10. Подготовка окончательного варианта кейса.
11. Внедрение кейса в практику обучения, его применение при проведении
учебных занятий, а также его публикацию с целью распространения в
преподавательском сообществе; в том случае, если информация содержит
данные по конкретной фирме, необходимо получить разрешение на
публикацию.
12. Подготовка методических рекомендаций по использованию кейса:
разработка задания для студентов и возможных вопросов для ведения
дискуссии и презентации кейса, описание предполагаемых действий
учащихся и преподавателя в момент обсуждения кейса.
Кейс должен:
- быть написан интересно, простым и доходчивым языком;
- отличаться «драматизмом» и проблемностью; выразительно определять
«сердцевину» проблемы;
- показывать как положительные примеры, так и отрицательные;
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 26 из 63
- соответствовать потребностям выбранного контингента студентов,
содержать необходимое и достаточное количество информации.
Требования к формату и структуре кейса:
Сюжетная часть – описание ситуации, содержащее информацию,
позволяющую понять окружение, при котором развивается ситуация, с
указанием источника получения данных:
Информационная часть – информация, которая позволит правильно понять
развитие событий:
- краткое описание проблемы, желательно привести несколько различных
точек зрения (как она видится разными участниками событий);
- определенная хронология развития ситуации с указанием действий или
воздействующих факторов, желательно оценить результаты их воздействия;
- предпринятые действия по ликвидации проблемы (если таковые
предпринимались), какие результаты они давали;
- какие ресурсы могут быть выделены на решение данной ситуации.
Методическая часть – разъясняет место данного кейса в структуре
учебной дисциплины, формулирует задания по анализу кейса для
студентов
и
записку
по преподаванию конкретной ситуации для
преподавателя.
Решение кейсов рекомендуется проводить в 5 этапов:
Первый этап – знакомство с ситуацией, ее особенностями.
Второй этап – выделение основной проблемы (основных проблем),
выделение факторов и персоналий, которые могут реально воздействовать.
Третий этап – предложение концепций или тем для «мозгового штурма».
Четвертый этап – анализ последствий принятия того или иного решения.
Пятый этап – решение кейса – предложение одного или нескольких
вариантов (последовательности действий), указание на возможное
возникновение проблем, механизмы их предотвращения и решения.
4. Использование метода сase-study как технологии профессиональноориентированного обучения представляет собой сложный процесс, плохо
поддающийся алгоритмизации. Формально можно выделить следующие
этапы:
- ознакомление студентов с текстом кейса;
- анализ кейса;
- организация обсуждения кейса, дискуссии, презентации;
- оценивание участников дискуссии;
- подведение итогов дискуссии.
Альтернативным методом является метод, связанный с индивидуальным или
групповым опросом, в ходе которого студенты делают формальную
устную оценку ситуации и предлагают анализ представленного кейса,
свои решения и рекомендации, т.е. делают презентацию. Этот метод
облегчает преподавателю осуществление контроля, хотя, и позволяет
некоторым студентам минимизировать их учебные усилия, поскольку
каждый студент опрашивается один-два раза за занятие. Метод развивает
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 27 из 63
у студентов коммуникативные навыки, учит их четко выражать свои мысли.
Однако, этот метод менее динамичен, чем Гарвардский метод. В открытой
дискуссии организация и контроль участников более сложен.
Оценивание участников дискуссии является важнейшей проблемой
обучения посредством метода сase-study. Проверка и оценка знаний должны
проводиться согласно дидактическим принципам обучения. При этом
выделяются следующие требования к оцениванию:
- объективность – создание условий, в которых бы максимально точно
выявлялись знания обучаемых, предъявление к ним единых требований,
справедливое отношение к каждому;
- обоснованность оценок – их аргументация;
- систематичность – важнейший психологический фактор, организующий и
дисциплинирующий
студентов,
формирующий
настойчивость
и
устремленность в достижении цели;
- всесторонность и оптимальность.
Следует отметить, что традиционная пятибалльная система оценивания
результатов плохо приспособлена к работе с кейсами. Главный ее недостаток
заключается в том, что она, в силу малых величин, не позволяет накапливать
баллы за промежуточную работу, оценивать активность студентов, их
многократные
выступления;
система
не
обладает размахом
и
куммулятивностью. Лучше всего использовать применяемую в мире 100балльную систему оценки знаний.
Нужно оценивать студента за содержательную активность в дискуссии
или публичной (устной) презентации, которая включает в себя
следующие составляющие:
1.
Выступление,
которое
характеризует
попытку
серьезного
предварительного анализа.
2. Обращение внимания на определенный круг вопросов, которые
требуют углубленного обсуждения.
3. Владение категориальным аппаратом, стремление давать определения,
выявлять содержание понятий.
4. Демонстрация умения логически мыслить, если точки зрения,
высказанные раньше, подытоживаются и приводят к логическим выводам.
5. Предложение альтернатив, которые раньше оставались без внимания.
6. Предложение определенного плана действий или плана воплощения
решения.
7. Определение существенных элементов, которые должны учитываться при
анализе кейса.
8. Заметное участие в обработке количественных данных, проведении
расчетов.
9. Подведение итогов обсуждения.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: типы и жанры кейсов, способы их представления, структура
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 28 из 63
кейса, принципы построения кейса, метод сase-study как образовательная
технология
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите типы кейсов
2. Каковы принципы построения кейсов?
3. Как оценивается участники кейс-проекта?
Рекомендуемая литература:
1. Зайцев О.С. Методика обучения химии: Теоретический и прикладной
аспекты: Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Владос, 1999. 384 с.
2. Педагогика и психология высшей школы: Учебное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2002. - 544 с.
Лекция 7 - Теория и практика модульного обучения в вузе
План лекции:
1. Цели, задачи и принципы модульного обучения
2. Модульное обучение курса «Органическая химия»
1. Модульная технология реализует на практике следующие идеи,
принципы и правила:
 крупноблочная организация учебного материала вместе с
рекомендациями и заданиями по его изучению;
 преимущественно самостоятельная проработка учащимися учебного
материала;
 управление обучением студентов посредством программы и
алгоритмов познавательной деятельности;
 открытость методической системы педагога;
 возможность выбора учащимися уровня усвоения, форм, места и
темпа изучения материала;
 создание условий для успешной познавательной деятельности для
каждого учащегося;
 перспективное нацеливание студентов на критерии и содержание
контроля;
 демонстрация безграничного доверия к учащемуся, уверенности в
его возможностях;
свободный самоконтроль и взаимопомощь в процессе работы на
занятии;
 только содержательный оперативный текущий контроль;
 оценка результатов по итоговому контролю;
 предоставление каждому учащемуся шанса улучшить свои итоговые
результаты;
 возможность реализовать себя в творческой деятельности;
 участие учащихся в оценке эффективности учебного процесса.
Сущностью модульного обучения является:
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 29 из 63
 наличие специально созданной учебной программы, состоящей из
целевого плана действий;
 банка информации и методического руководства по реализации
дидактических целей;
 возможность для обучающегося самостоятельно работать с этой
программой, используя ее полностью или изменяя в соответствии
со своими потребностями, что особенно ценно при изучении
предмета, имеющего в учебном плане незначительный временной
интервал.
2. Учебная программа курса «Органическая химия» разбита на 16 модулей (8
– в первом семестре и 8 – во втором), которым соответствуют 16
модульных программ. На выполнение всех видов учебной работы,
предусмотренных одной модульной программой, отводится 2 недели.
Технологическая схема модульной программы каждого модуля включает:
1. Самостоятельное работа (выполнение индивидуального задания).
2. Посещение лекций.
3. Участие в работе семинарского занятия.
4. Лабораторный практикум.
5.
Самостоятельное
изучение
теоретического материала учебной
программы модуля и выполнение индивидуального задания.
6. Индивидуальная консультация преподавателя.
7. Самоконтроль.
8. Текущий контроль.
Перечень модульных программ курса «Органическая химия»
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 30 из 63
Механизм формирования рейтинга. Количественной мерой успеваемости
студента является его рейтинг или иными словами суммарное количество
баллов, набранное им при выполнении всех видов учебной работы.
Максимальное количество баллов, которое может набрать студент при
изучении курса "Органическая химия", составляет 1000.
Общая структура рейтинга при изучении курса "Органическая химия" для
студентов естественного факультета представлена в таблице 3. В ней
приведены численные значения (в баллах) каждого вида учебной
деятельности, а также их весовой вклад (в %) в общую структуру рейтинга.
Наибольший вклад (61.5%) в формирование рейтинга (Ri) осуществляется
за счет текущего тестового контроля (КТ), семинарских занятий (КС) и
выполнения лабораторного практикума (КЭ.) (1):
Доля обобщающего и итогового контроля составляет лишь 38.5%. Таким
образом, успешное прохождение только текущего контроля в полном объеме
гарантирует получение студентом удовлетворительной оценки. Кроме того,
предусмотрен, так называемый "призовой фонд" – текущий лекционный
контроль (КЛ), который не входит в общий рейтинг, однако его доля
довольно значительна (9.5%), и эти дополнительные баллы суммируются в
общий рейтинг студента.
Таблица 3. Структура рейтинга (Rmax) по курсу органической химии для
студентов естественного факультета
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 31 из 63
Студенты имеют возможность выбора двух путей в формировании
своего рейтинга, в соответствии с формулой (2) или (3):
Если студент выбирает путь (2), то в этом случае его рейтинг
складывается из суммы текущего контроля по каждой модульной программе
и трех обобщающих контрольных работ. Если в результате работы в течение
семестра студент набирает низкое количество баллов, то он может пойти по
пути (3). В этом случае он пишет экзаменационную контрольную работу.
При
этом
результаты
трех
обобщающих
контрольных
работ
аннулируются. Максимальное число баллов, которое можно набрать на
итоговой контрольной работе, равно сумме баллов трех обобщающих
контрольных работ. Если после написания итоговой контрольной работы
полученный
суммарный
результат окажется ниже, то оставляется
предыдущий (лучший). В экзаменационную ведомость и зачетную книжку
выставляется оценка, соответствующая суммарному значению рейтинга
(Ri), набранного при прохождении всех видов учебной работы.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: цели, задачи, сущность и принципы модульного обучения,
модульное обучение курса «Органическая химия»
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие требования предъявляются к модульному обучению?
2. Как формируется рейтинг студентов?
3. Что входит в технологическую схему модульного обучения?
Рекомендуемая литература:
1. Гареев В.М., Куликов И., Дурко Е.М. Принципы модульного обучения //
Вестник высшей школы. – 1987. – № 8. – С. 30–33.
2. Юцявичене П.А. Теория и практика модульного обучения. – Каунас:
Швисса, 1989. – 271с.
3. Варенова Л.И., Куклин В.Ж., Наводнов В.Г. Рейтинговая интенсивная
технология модульного обучения.– Центр разработки информационных
технологий и методик. – МарПИ, 1993. – 67с.
4. Зиновьева В.А. Усвоение и контроль знаний // Высшее образование в
России. 1993. № 3 – С. 154–158.
Лекция 8 - Роль и задачи химического эксперимента в курсе
органической химии
План лекции:
1. Функции химического эксперимента
2. Типы химического эксперимента
3. Задачи эксперимента в преподавании органической химии
4. Методика демонстрационного эксперимента по органической химии
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 32 из 63
1. Функции химического эксперимента. В химическом эксперименте
наиболее общими являются следующие компоненты:
1) изучение химических объектов (веществ и химических реакций),
рассчитанное на одновременное восприятие всеми обучаемыми;
2) постановка целей и задач эксперимента;
3) экспериментальная деятельность самих обучаемых;
4) освоение техники химического эксперимента.
Химический эксперимент выполняет важнейшие функции: образование,
воспитание (нравственное, духовное, трудовое, эстетическое, экономическое
и др.) и развитие (в том числе памяти, мышления, эмоций, воли, мотивов и
др.). Химический эксперимент выполняет и некоторые частные функции –
информативную,
эвристическую,
критериальную,
корректирующую,
исследовательскую, обобщающую и мировоззренческую.
1. Информативная функция проявляется в тех случаях, когда химический
эксперимент служит первоначальным источником познания предметов и
явлений.
2. Эвристическая функция обеспечивает не только установление фактов, но и
служит активным средством формирования многих эмпирических понятий,
выводов, зависимостей и закономерностей в химии.
3. Критериальная функция проявляется в том случае, когда результаты
опытов подтверждают предположения (гипотезы) обучаемых, т.е. служат той
«практикой, что является критерием истины».
4. Корректирующая функция позволяет преодолевать трудности в освоении
теоретических знаний: уточнять имеющиеся знания в процессе приобретения
экспериментальных умений и навыков, исправлять ошибки обучаемых,
осуществлять контроль за приобретенными знаниями.
5. Исследовательская функция связана с развитием практических умений и
навыков по анализу и синтезу веществ, поиску знаний о свойствах веществ и
исследованию их простейших признаков, конструированию приборов и
установок, т.е. освоению простейших методов научно-исследовательской
работы.
6. Обобщающая функция химического эксперимента создает условия для
выработки предпосылок при построении различных типов эмпирических
обобщений.
7. Мировоззренческая функция определяется дидактической ролью
химического эксперимента в научном химическом познании. Все
перечисленные функции химического эксперимента взаимосвязаны и
взаимообуславливают друг друга. От возможности выполнения этих
функций зависят успех и эффективность проводимого химического
эксперимента.
2. Химический эксперимент относится к специфическим методам обучения.
Выполнять эксперимент возможно лишь с опорой на полученные ранее
знания.
Различают следующие типы химического эксперимента:
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 33 из 63
• демонстрационный эксперимент;
• лабораторные опыты;
• лабораторные работы;
• практические работы;
• экспериментальный (лабораторный) практикум;
Демонстрационный эксперимент – это химический эксперимент,
проводимый преподавателем.
В процессе демонстрационного эксперимента необходимо реализовать
следующие требования:
1) обозреваемость (обеспечение хорошей видимости всем студентам);
2) наглядность (обеспечение правильного восприятия студентами);
3) безукоризненная техника выполнения;
4) безопасность для студентов и преподавателя;
5) оптимальность методики эксперимента (сочетание техники эксперимента
и слов преподавателя);
6) надежность (без срывов);
7) выразительность (раскрытие сущности объекта при минимальной затрате
усилий и средств);
8) эмоциональность;
9) убедительность (однозначность объяснения, достоверность результатов);
10) кратковременность;
11) эстетичность оформления;
12) простота техники выполнения;
13) доступность для понимания;
14) предварительная подготовка эксперимента;
15) репетиция методики эксперимента.
Лабораторные опыты – это эксперимент, который выполняют студенты под
непосредственным руководством преподавателя. Лабораторные опыты
являются, как правило, единичными и помогают изучить отдельные стороны
химического объекта.
Лабораторные работы представляют собой совокупность лабораторных
опытов и позволяют изучить многие стороны химических объектов и
процессов. Лабораторные работы заключаются в проведении студентами по
заданию преподавателя опытов с использованием приборов, инструментов и
прочего оборудования. По времени они могут занимать от 5–10 до 40–50 мин
(лабораторное занятие).
Практические работы являются одним из видов экспериментальной учебной
деятельности студентов. Практические занятия отличаются более высокой
степенью самостоятельности обучаемых и способствуют совершенствованию
их знаний и умений.
3. Задачи эксперимента в преподавании органической химии
В органической химии изучаются вещества различных классов органических
соединений. Выбор этих веществ определяется: а) значением их для усвоения
основ науки; б) важностью для человека и народного хозяйства страны.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 34 из 63
В связи с этим в вузовском курсе химии представлены такие основные
классы соединений, как углеводороды, спирты, альдегиды, кислоты, сложные
эфиры, углеводы, нитро- и аминосоединения, белки, полифункциональные
соединения - красители, гетероциклические соединения, алкалоиды и ряд
других классов веществ.
Первая задача эксперимента состоит в том, чтобы обеспечить наглядное
ознакомление с изучаемыми веществами.
Вторая задача эксперимента заключается в том, чтобы показать химические
реакции веществ в более наглядной форме.
Третья задача эксперимента — помочь преподавателю раскрыть перед
учащимися идею развития в органической химии: генетическую связь
веществ, переходы между классами органических соединений, синтезы
сложных веществ из простых, обусловленность реакций внешними
условиями и т.п.
Четвертая задача эксперимента, особенно характерная для преподавания
органической химии, — показать на конкретных, убедительных фактах
зависимость химических свойств веществ от их строения и характер
взаимного влияния атомов в молекулах.
Пятая задача эксперимента состоит в том, чтобы содействовать успешному
политехническому обучению студентов.
Шестая задача химического эксперимента и в том, чтобы вооружить
студентов практическими умениями.
Выполнение студентами опытов по органической химии, часто более
сложных, чем опыты с неорганическими веществами, способствует
выработке умений применять знания на практике и умений обращения с
веществами и лабораторной техникой, что также имеет важное значение в
практической подготовке.
4. Методика демонстрационного эксперимента по органической химии
Рассмотрим в этой последовательности, какие методические выводы отсюда
следуют.
1. Эксперимент органической химии дает весьма благодарный материал для
умственного развития обучаемых и воспитания творческих способностей к
решению выдвигаемых проблем. Эксперимент особенно ценен как средство
изучения природы и поскольку он является источником знаний, он развивает
наблюдательность студентов и стимулирует их мыслительную деятельность,
а также заставляет сопоставлять и анализировать факты, создавать гипотезы
и находить пути их проверки, уметь приходить к правильным выводам и
обобщениям.
2. Большой методической тщательности требуют опыты по органической
химии ввиду длительности их во времени. Свыше 60% опытов являются
«длительными», требующими на свою постановку от 10 мин до 1 ч, а в
отдельных случаях и больше.
3. Многие опыты органической химии значительно проигрывают в связи с
малой наглядностью процессов и получаемых веществ.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 35 из 63
4. Для реакций в органической химии решающее значение имеют условия их
протекания. Наблюдение химических реакций без четкого уяснения условий
их протекания отрицательно сказывается на качестве и прочности знаний.
5. При изучении органической химии нет ни возможности, ни необходимости
демонстрировать все явления, о которых идет речь на занятии. Это
утверждение уже достаточно обосновано выше. Здесь важно рассмотреть, как
подходить к отбору опытов, обязательных для демонстрирования, и как
определять, о каких опытах студенты могут составить представление по
схемам, рисункам, рассказам преподавателя и т.д.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: функции химического эксперимента, типы химического
эксперимента, задачи эксперимента, методика демонстрационного
эксперимента по органической химии
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие функции выполняет химический эксперимент?
2. В чем отличие лекционного и демонстрационного эксперимента?
3. Какие типы экспериментов используются больше всего?
Рекомендуемая литература
1. Космодемьянская С.С., Гильманшина С.И. Методика обучения химии:
учебное пособие. – Казань: ТГГПУ, 2011. С. 75-80
2. Иванова М.А. Химический демонстрационный эксперимент. –
М.:Высшая школа, 2009. – 248с.
3. Чернобельская Г.М. Методика обучения химии в средней школе. – М.:
Влдадос, 2000. С. 81-90.
Модуль 2 - Особенности методики изучения
курса «Органическая химия»
Лекция 9 - Методические особенности изучения органической химии в
вузах
План лекции:
1. Особенности изучения органической химии в вузах
2. Построение и содержание раздела органической химии
1. На сегодняшний день фундаментализация знаний осуществляется по трем
основным направлениям: а) изменение содержания обучения; б) адаптация
этого содержания к профессиональным задачам будущих специалистов; в)
профессионализация общетеоретических дисциплин. Сочетание первых двух
направлений ведет к поиску оптимального соотношения фундаментального и
специального в подготовке современного специалиста.
Чтобы курс химических дисциплин имел право называться
фундаментальным, он должен обладать рядом особенностей. Прежде всего
структурой, логикой и методом изложения. Он должен отличаться от
школьного курса химии, воспитывающего лишь эмпирический тип
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 36 из 63
мышления. Вместе с тем, он должен опираться и на полученные в школе
знания, а не начинать все с нуля.
Преподавание курса органической химии в университете ведется на
технических, естественных и химических факультетах. При этом программы
этих курсов не всегда связаны с теми практическими задачами, которые
обязан решать будущий специалист.
Курс органической химии высшей школы можно разделить на четыре
части: основы органической химии (номенклатура органических соединений,
пространственное строение органических соединений, электронные эффекты
в органических соединениях, кислотность и основность органических
соединений),
механизмы
органических
реакций
(радикальные,
электрофильные, нуклеофильные), особенности химического поведения
высокомолекулярных соединений, профильная часть органической химии
(для разных специальностей разная). Эти сведения в систематизированном и
структурно-упорядоченном виде излагаются в лекционном курсе
органической химии, построенной на основе раскрытия кинетики
органических реакций.
Особенности преподавания органической химии вытекают из
специфики предмета.
Некоторые черты специфики предмета:
1. Содержание органической химии включает изучение огромного
числа соединений.
2. Для усвоения органической химии необходимо знать теорию
строения органических веществ А.М. Бутлерова.
3. Усвоение органической химии невозможно без понимания
электронного строения органических веществ, их номенклатуры и
генетических связей между ними.
4. Построение курса органической химии основано на постепенном
усложнении строения изучаемых веществ.
2. Изучение органической химии в вузе основывается в соответствии
следующих нормативных документов:
- ГОСО РК 5.04.019-2011 «Высшее образование. Бакалавриат.
Основные положения», № 261;
- Типовая учебная программа дисциплины «Органическая химия»,
- СТУ 042-ГУ-4-2013 Стандарт университета «Общие требования к
разработке и оформлению учебно-методических комплексов дисциплин»;
- ДП 042-1.01-2013 Документированная процедура «Структура и
содержание учебно-методических комплексов дисциплин».
Основной задачей курса «Органическая химия» является изучение общих
законов и закономерностей, связывающих строение и свойства органических
соединений, путей их синтеза и применения в народном хозяйстве.
Органическая химия широко пользуется разнообразными современными
теоретическими
представлениями,
квантово-химическими,
термодинамическими расчетами и инструментальными методами для
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 37 из 63
объяснения и предсказания реакционной способности органических
соединений. Теоретическими основами ОХ являются теория строения
органических соединений и теория реакционной способности, дополненные
стереохимическими,
электронными
и
квантово-химическими
представлениями, знаниями о механизмах органических реакций.
Цель курса ОХ – дать студентам фундаментальные знания в области ОХ:
теорию строения органических молекул, электронные и пространственные
эффекты, оптические свойства, стереоизомерию органических молекул,
химические свойства – общие и специфические для каждой группы
соединений, биогенетическую связь между группами и классами
органических соединений, основные механизмы реакций, лабораторные и
промышленные способы получения основных классов органических
соединений.
Студенты в процессе изучения курса ОХ должны знать: строение
(химическое, электронное, пространственное) органических молекул,
основные закономерности и механизмы протекания различных типов
реакций, способы получения основных классов органических соединений и
зависимости их свойств от строения, а также иметь целостное представление
проблемах экологии, охраны природы и рационального природопользования.
Студенты в процессе изучения данного курса должны уметь: изобразить
структурную формулу ОС, назвать его согласно номенклатурным правилам,
показать распределение электронной плотности в любой молекуле,
предсказать химические
свойства,
исходя из
электронного
и
пространственного строения молекул, проводить идентификацию ОС на
основании современных физико-химических методов исследований,
проводить расчеты по химическим формулам и осуществлять
многостадийные синтезы
Схема. Примерный план аудиторных занятий и темы занятий по курсу
«Органическая химия» для студентов естественного факультета
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 38 из 63
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: особенности изучения органической химии в вузах,
построение и содержание раздела органической химии
Вопросы для самоконтроля:
1. Место органической химии в курсе химии.
2. Значение органической химии.
3. Построение и содержание раздела органической химии.
4. Требования к знаниям и умениям выпускников в области органической
химии.
Рекомендуемая литература:
1. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.1. 727с.
2. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.2. 582с.
3. В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина.
Органическая химия. – М.: Дрофа, 2009. –Кн.2: 592 с.
4. Робертс Дж., Кассерио. Основы органической химии. В 2 т. – М.: Мир,
1978.
5. Терней А. современная органическая химия. В 2 т. –М.: Мир, 1981.
Лекция 10 - Преподавание органической химии на основе системноструктурного подхода
План лекции:
1. Система курса органической химии
2. Особенности изучения теории строения А.М. Бутлерова
3. Особенности изучения понятий «изомерии» и «гомологии»
4. Обобщение в курсе органической химии
1. В преподавании органической химии в настоящее время обучение
строится на основе современной теории строения, которая слагается из трех
теорий: бутлеровской теории химического строения и двух дополняющих и
развивающих ее теорий — электронной теории и теории пространственного
строения. Это обусловлено введением в курс органической химии сложных
понятий, связанных с квантовомеханическими и стереохимическими
представлениями, часть которых приобретена студентами еще в курсе
неорганической химии.
Все понятия органической химии сгруппированы в пять групп на
основе современной теории строения: понятия химического строения,
электронной теории и стереохимические, связанные между собой в единую
современную
теорию
строения
органических
веществ,
понятия
высокомолекулярной химии, а также понятия о закономерностях химических
реакций.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 39 из 63
2. Основная идея теории А.М. Бутлерова сформулирована им в 1861 г. в
статье «О химическом строении вещества». Он писал: «Исходя из мысли, что
каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в
образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством
принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим
строением распределение действия этой силы, вследствие которого
химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга,
соединяются в химическую частицу».
Бутлеров указывал, что для определения химического строения
вещества могут быть использованы все виды реакций: соединения (синтеза),
разложения (анализа), двойного обмена (замещения). Бутлеров справедливо
считал, что определение строения возможно только в том случае, если
строение остатков молекул, непосредственно не затрагиваемых реакцией,
будет неизменно.
Из положения теории строения о зависимости химических свойств
соединения от его строения вытекают взгляды А.М. Бутлерова на значение
структурных формул. Он считал, что для каждого соединения возможна
лишь одна структурная формула, причем в будущем, когда будет полностью
выяснена зависимость свойств от строения, формула соединения должна
выражать все его свойства.
Поставленная Бутлеровым проблема взаимного влияния атомов была
развита его учеником В.В. Марковниковым, который посвятил ей свою
диссертацию «Материалы по вопросу о взаимном влиянии атомов в
химических соединениях» (1869).
Марковников высказал ряд положений, чрезвычайно важных для
дальнейшего развития органической химии как в теоретическом, так и в
практическом отношении. Таково «правило Марковникова» о порядке
присоединения галогеноводородов и хлорноватистой кислоты к
несимметричным алкенам, положения о большей легкости замещения атома
водорода при третичном углеродном атоме по сравнению с атомами
водорода у вторичного и первичного углеродных атомов и замещения атома
водорода при вторичном углеродном атоме по сравнению с водородным
атомом у первичного углеродного атома. Эти закономерности были
подтверждены Марковниковым экспериментальным путем.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 40 из 63
Основные положения и следствия теории строения Бутлерова могут
быть кратко сформулированы следующим образом.
1. В молекулах соединений существует определенный порядок связи
атомов, который и носит название строения.
2. Химические свойства соединения определяются составом и
строением его молекул.
3. Различное строение при одном и том же составе и молекулярной
массе вещества обусловливает явление изомерии.
4. Так как при отдельных реакциях изменяются не все, а только
некоторые части молекул, то, изучая продукты химических превращений
соединения, можно установить его строение.
5. Химический характер (т. е. реакционная способность) атомов,
входящих в молекулу, меняется в зависимости от того, с какими атомами они
связаны в данной молекуле.
2. Важность и значимость понятий гомологии и изомерии определяется их
обобщающим характером для каждой группы органических веществ. Эти
понятия, как и установление генетических связей, способствуют целостности
курса органической химии.
Несмотря на принципиальные различия этих двух понятий, студенты
нередко их путают. Поэтому их изучение должно осуществляться
индуктивным путем, на конкретных примерах. Сначала рассматривается
структурная изомерия, а затем на конкретных примерах — гомология.
С позиций дидактики по характеру использования понятий можно
различить понятия опорные, развивающиеся, ознакомительные. Основные
понятия — развивающиеся, а опорные способствуют их формированию. Для
развивающегося понятия изомерии опорными понятиями служат понятия о
качественном и количественном составе веществ, аллотропии и химическом
строении. Поэтому это понятие может быть изучено в самом начале курса.
Гомология рассматривается позже, в процессе ознакомления с предельными
углеводородами.
Отмечаются три этапа формирования понятий гомологии и изомерии:
1.
Выделение существенных признаков каждого понятия и его
определение.
2. Выявление различия между гомологами и изомерами.
3. Изучение разных форм изомерии и изомерии между веществами
разных классов.
Изучение изомерии и гомологии осуществляется в такой
последовательности. Сначала сообщается факт, что имеются вещества с
одинаковым количественным и качественным составом, но различающиеся
по свойствам (бутан, изобутан). Поиск причин этого явления привел к
предположению, что различие может объясняться разным строением молекул
веществ. Эти вещества были названы изомерами.
После того как студенты поняли, что гомологи отличаются друг от
друга лишь длиной углеродной цепи, им помогают установить связь между
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 41 из 63
этими понятиями — показывают, что углеводороды с четырехчленной и
более углеродной цепью могут иметь разные варианты строения, т. е.
изомеры. Далее сопоставляют существенные признаки понятий «изомер» и
«гомолог» и делают вывод о сходстве и различии между ними.
3. В процессе обучения органической химии по разделам систематически
проводятся обобщения: по понятию изомерии, по взаимному влиянию
атомов в молекуле, по разновидностям ковалентной химической связи, так
как от класса к классу органических соединений этот материал обогащается
фактами, расширяется и углубляется. Установление генетической связи
между
классами
органических
веществ
имеет
очень
важное
мировоззренческое значение.
«Обобщение знаний по курсу органической химии» приводит в систему
сведения об органических веществах. Оно включает вопросы о химическом,
электронном, пространственном строении и видах изомерии, анализ свойств
органических веществ разных классов на основе строения, выявление
генетической связи между органическими веществами и, наконец, обобщение
сведений о промышленности органического синтеза, нефтехимии.
Сначала прослеживают развитие положений теории химического строения
А.М. Бутлерова с учетом теории пространственного и электронного строения
органических веществ. К обобщению студенты повторяют материал о
природе химической связи, основных положениях бутлеровской теории,
порядке образования углеродных цепей, видах изомерии. Сведения о видах
изомерии приводятся в систему. При анализе разных видов изомерии
необходимо подчеркивать практическое значение изомеров.
Заключительное обобщение, которое проводится в конце после завершения
курса органической химии, решает задачи в основном мировоззренческого
характера. Химические знания, полученные на предыдущих ступенях
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 42 из 63
обучения, переосмысливаются на философском уровне. На этой основе
устанавливаются внутрипредметные и межпредметные связи, знания
приобретают
значительно большую
широту.
Перед
студентами
раскрываются перспективы развития химической науки и техники,
обосновывается их место в системе народного хозяйства страны. При
заключительном обобщении осуществляется подготовка студентов к
выпускному экзамену.
Основные понятия, которые необходимо знать после изучения материала
данной лекции: система курса органической химии, особенности изучения
теории строения А.М. Бутлерова, особенности изучения понятий «изомерии»
и «гомологии», обобщение в курсе органической химии
Вопросы для самоконтроля:
1.
Обоснуйте отбор содержания и построение курса органической хими
2.
Какие опорные знания нужны для полноценного усвоения курса
органической химии?
3.
Раскройте значение понятий «гомология» и «изомерия» при изучении
органической химии
Рекомендуемая литература:
1. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.1. 727с.
2. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.2. 582с.
3. В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина.
Органическая химия. – М.: Дрофа, 2009. –Кн.2: 592 с.
4. Робертс Дж., Кассерио. Основы органической химии. В 2 т. – М.: Мир,
1978.
5. Терней А. современная органическая химия. В 2 т. –М.: Мир, 1981.
Лекция 11 - Методические аспекты преподавания раздела
«Кислородосодержащие соединения»
План лекции:
1. Методические особенности преподавания темы «Спирты. Фенолы»
2. Методические особенности преподавания темы «Альдегиды. Кетоны»
3. Методические особенности преподавания темы «Карбоновые кислоты»
1. В начале занятия необходимо напомнить, что к кислородсодержащим
органическим соединениям относятся спирты, альдегиды, кетоны,
карбоновые кислоты, эфиры простые и сложные. Подробнее остановиться на
спиртах. Дать определение, привести классификацию спиртов в зависимости
от числа гидроксильных групп (одно-, двух-, многоатомные), типа
углеродной цепи (насыщенные, ненасыщенные, ароматические), типа атома
углерода, с которым связана гидроксильная группа (первичные, вторичные,
третичные).
Отметить, что для предельных одноатомных спиртов характерны следующие
виды изомерии:
 изомерия углеродного скелета;
 изомерия положения гидроксильной группы.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 43 из 63
На конкретных примерах рассмотреть особенности номенклатуры спиртов.
Рассмотреть строение метанола. Показать распределение электронной
плотности внутри молекулы. Оценить полярность связи О–Н в молекуле
спирта и, для сравнения, в молекуле воды. Сравнить подвижность протона в
данных соединениях. Отметить снижение поляризации связи О–Н в молекуле
спирта за счет донорных свойств алкильной группы (+I), и, как следствие,
уменьшение подвижности протона. Обратить внимание на роль
углеводородных радикалов в проявлении спиртами кислотных свойств
(кислотные свойства убывают в ряду спиртов: первичные, вторичные,
третичные).
Строение –ОН группы обуславливает ассоциацию молекул спирта за счет
водородных связей:
что приводит к некоторым особенностям в физических свойствах
(повышенную температуру кипения, хорошую растворимость первых
представителей ряда спиртов в воде, уменьшение объема при разбавлении
водой).
При рассмотрении химических свойств отметить, что для предельных
одноатомных спиртов характерны реакции:
 по месту О–Н связи;
 по месту С–О связи;
 по С–Н связям в алкильной группе.
Привести реакции спиртов с разрывом О–Н связи (образование алкоголятов
при взаимодействии со щелочными металлами, гидридами или амидами
щелочных металлов). Познакомить с реакцией этерификации.
Рассмотреть реакции, идущие по месту С–О связи. Привести реакции
замещения гидроксильной группы на галоген при взаимодействии с
галогенводородами и с галогенидами фосфора. При этом следует отметить,
что по реакционной способности галогеноводороды располагаются в ряд: HF
< HCl < HBr < HI, а реакционная способность спиртов увеличивается от
первичных к третичным.
Далее следует остановиться на реакциях дегидратации. При этом отметить,
что различают внутримолекулярную и межмолекулярную дегидратацию.
Внутримолекулярная дегидратация идет при участии водоотнимающих
средств (Н2SO4, Н3PO4, COOH–COOH, Al2O3, KНSO4, CuSO4, ZnCl2) и
приводит к образованию алкенов. Процесс подчиняется правилу Зайцева
(атом Н отщепляется от наименее гидрогенизированного атома С, соседнего
с атомом С, несущим –ОН группу).
Показать отличия межмолекулярной дегидратации от внутримолекулярной.
Процесс идет с участием тех же катализаторов, но при меньшей температуре
и приводит к образованию простых эфиров.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 44 из 63
По С–Н связям в алкильной группе идут реакции галогенирования,
окисления. В случае галогенирования активны С–Н связи окисленного атома
углерода.
При окислении в результате каталитического дегидрирования или под
действием окислителей из первичных спиртов образуются альдегиды и
карбоновые кислоты, из вторичных спиртов – кетоны. Третичные спирты
окисляются в жестких условиях с расщеплением углеродного скелета.
Рассмотреть способы получения предельных одноатомных спиртов.
Отметить области практического применения наиболее важных
представителей.
При рассмотрении строения многоатомных спиртов необходимо отметить,
что среди соединений, содержащих несколько гидроксильных групп,
устойчивы те, которые у каждого атома С содержат только по одной группе –
ОН.
Показать влияние водородной связи на температуру кипения многоатомных
спиртов, а также на растворимость в воде.
Сравнить реакционную способность многоатомных и одноатомных спиртов.
Отметить, что многоатомные спирты могут вступать в соответствующие
реакции одной или несколькими гидроксильными группами и проявляют
более выраженные кислотные свойства, чем одноатомные спирты. В отличие
от одноатомных спиртов многоатомные легко вступают в реакции не только
со щелочными металлами, но и с оксидами и гидроксидами некоторых
других металлов. При взаимодействии со спиртами, кислотами, как
органическими, так и минеральными, многоатомные спирты образуют
простые и сложные эфиры (полные и неполные).
Для многоатомных спиртов, также как и для одноатомных, характерны
реакции замещения –ОН группы на галоген, при этом могут замещаться как
одна, так и все гидроксогруппы, причем последняя замещается значительно
труднее.
Рассмотреть реакции дегидратации внутри- и межмолекулярной. Так,
внутримолекулярная дегидратация этиленгликоля приводит к образованию
уксусного альдегида, а в случае межмолекулярной дегидратации образуются
простые эфиры линейного (полиэтиленгликоль) и циклического строения
(диоксан).
На примере этиленгликоля показать многообразие продуктов окисления
этиленгликоля.
Рассмотреть области практического применения основных представителей
многоатомных спиртов.
При рассмотрении ароматических спиртов привести примеры одно-, двух- и
многоатомных фенолов. На их примере разобрать особенности изомерии и
номенклатуры.
На примере фенола показать особенности строения ароматических спиртов,
уделив особое внимание электронным эффектам, возникающим между
бензольным кольцом и гидроксильной группой. Следует отметить, что –ОН
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 45 из 63
группа оказывает отрицательный индуктивный эффект (–I) на ароматическое
кольцо, и в то же время положительный мезомерный (+М) за счет
неподеленной пары электронов атома О (π–р сопряжение). При этом
неподеленная электронная пара смещается в сторону бензольного кольца, что
приводит к уменьшению электронной плотности на атоме кислорода и, как
следствие, к увеличению полярности связи О–Н и значительной
подвижности протона. Поэтому кислотные свойства у фенолов выражены
сильнее, чем у предельных спиртов. Следует обратить внимание, что еще
большему усилению кислотных свойств будет способствовать введение в
бензольное кольцо электроноакцепторных заместителей, например,
галогенов или нитрогруппы. Привести примеры таких соединений.
Необходимо отметить, что ярко выраженные кислотные свойства фенолов
проявляются в их способности образовывать феноляты даже при действии
растворов щелочей, тогда как для предельного спирта необходимо
использовать щелочной металл. Данная реакция обратима, поскольку
образующиеся феноляты легко подвергаются гидролизу.
В отличие от предельных одноатомных спиртов фенолы труднее образуют
простые и сложные эфиры. Так, например простые эфиры нельзя получить
межмолекулярной дегидратацией, для их получения используют
алкилирование фенолятов. Фенолы не взаимодействуют с карбоновыми
кислотами, а сложные эфиры могут быть получены действием ангидридов
или галогенангидридов кислот на феноляты.
Привести примеры соответствующих реакций.
В отличие от предельных одноатомных спиртов –ОН группа в фенолах
замещается на галоген с большим трудом. Для проведения этой реакции
недостаточно действия галогеноводородов, поэтому используют галогениды
фосфора.
Необходимо отметить, что наличие в молекуле фенолов бензольного кольца
обуславливает возможность реакции электрофильного замещения. При этом
с фенолами реакции идут легче, чем с бензолом.
Привести уравнения соответствующих реакций. Обратить внимание на то,
что взаимодействие с бромной водой является качественной реакцией на
фенолы.
Характерной реакцией для фенола является его способность вступать в
реакцию
поликонденсации
с
формальдегидом
с
образованием
фенолформальдегидных смол.
Привести реакции окисления фенола в различных условиях.
Охарактеризовать способы получения ароматических спиртов.
Рассмотреть области практического применения основных представителей
многоатомных спиртов.
2. В начале занятия необходимо дать определение карбонильным
соединениям, привести общие формулы альдегидов и кетонов.
Привести примеры насыщенных и ненасыщенных, алифатических,
ароматических альдегидов и кетонов. Указать типы изомерии.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 46 из 63
Разобрать правила номенклатуры альдегидов и кетонов.
Более подробно следует остановиться на строении карбонильной группы и ее
реакционной способности. Для этого показать распределение электронной
плотности внутри молекулы:
указать на сильную поляризованность связи С=О. Привести к выводу, что
наличие кратной связи между атомами С и О, а также наличие значительного
положительного заряда на атоме углерода обуславливают склонность
карбонильных соединений к реакциям нуклеофильного присоединения. При
этом электронодонорные заместители, связанные с атомом С карбонильной
группы, уменьшают σ+ и тем самым снижают активность в реакциях данного
типа, а электроноакцепторные – повышают. С этой точки зрения объяснить
более высокую активность альдегидов по сравнению с кетонами.
Отметить электроноакцепторное влияние карбонильной группы на связанные
с ней углеводородные радикалы и вытекающую из этого способность к
реакциям с участием соседних с карбонильной группой атомов углерода.
Рассмотреть реакции гидрирования, реакции нуклеофильного присоединения
к альдегидам и кетонам синильной кислоты, гидросульфита натрия,
реактивов Гриньяра, спиртов. Привести механизмы данных реакций.
Отметить, что присоединение гидросульфита натрия используется для
выделения и очистки альдегидов и кетонов, а также для их качественного
определения.
Для реакции присоединения спиртов привести механизмы кислотного и
основного катализа. Отметить, что в противоположность образованию
полуацеталей образование ацеталей катализируется только кислотами.
Рассмотреть реакции конденсации с азотистыми основаниями. При этом
отметить, что в роли азотистых оснований могут выступать как
неорганические соединения: аммиак Н–NH2 (образуются имины), гидразин
H2N–NH2 (образуются гидразоны), гидроксиламин H2N–OH (образуются
оксимы), так и органические R–NH2 (образуются имины). Привести
уравнения соответствующих реакций.
Далее следует остановиться на альдольно-кротоновой конденсации. Указав
на подвижность α-водородных атомов альдегидов и кетонов, привести
механизмы конденсации при участии в качестве катализаторов основания и
кислоты.
Привести примеры реакции полимеризации альдегидов. Отметить
возможность образования как линейных, так и циклических полимеров.
Рассмотреть реакцию замещения α-водородных атомов в алкильном радикале
на галоген.
Указать отличия альдегидов и кетонов по отношению к действию
окислителей. Так, альдегиды легко окисляются не только при действии
окислителей, но и просто при хранении под влиянием кислорода воздуха.
Кетоны же окисляются гораздо труднее альдегидов. Под влиянием сильных
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 47 из 63
окислителей реакция идет с разрывом С–С связей соседних с карбонильной
групп. Привести реакции окисления альдегидов комплексными
соединениями меди и серебра. При этом отметить, что реакция серебряного
зеркала является качественной на альдегидную карбонильную группу.
Охарактеризовать способы получения альдегидов и кетонов.
Рассмотреть области практического применения основных представителей
карбонильных соединений.
3. В начале занятия необходимо дать определение карбоновым кислотам,
указать общую формулу. Привести классификацию карбоновых кислот в
зависимости от строения углеводородного радикала (насыщенные,
ненасыщенные, ароматические), от числа карбоксильных групп
(одноосновные, двухосновные и т.д.). Рассмотрение строения карбоновых
кислот следует начать с карбоксильной группы, которую можно
рассматривать как сочетание карбонильной и гидроксильной групп. Можно
было бы предположить наличие свойств, обусловленных этими
функциональными группами и характерных для спиртов и карбонильных
соединений. Однако карбонильная и гидроксильная группа расположены
настолько близко, что в значительной степени изменяют свойства друг друга.
Так, под влиянием карбонильной группы увеличивается поляризация связи
О–Н. А положительный заряд на атоме углерода в карбоксильной группе
уменьшается за счет положительного мезомерного эффекта (π-р сопряжения)
атома кислорода гидроксильной группы, имеющего неподеленную
электронную пару. Смещение электронной плотности с атома кислорода за
счет мезомерного эффекта объясняет и большую поляризацию связи О–Н.
Таким образом, происходит смещение электронной плотности по всей
карбоксильной группе:
Строением карбоксильной группы и, в частности, поляризацией связи О–Н
обусловлены кислотные свойства карбоновых кислот. Привести схему
диссоциации кислоты. Следует отметить, что на легкость отщепления
протона, т.е. на проявление кислотных свойств, существенное влияние
оказывает природа углеводородного радикала, связанного с карбоксильной
группой.
Так,
например,
алкильные
радикалы,
обладающие
электронодонорными свойствами, уменьшают силу кислот, и в
гомологическом ряду предельных одноосновных карбоновых кислот
наиболее сильной является муравьиная кислота. Сила кислот увеличивается,
если углеводородный радикал содержит электроноакцепторные заместители,
например, галогены. Сама карбоксильная группа оказывает заметное влияние
на связанный с ней углеводородный радикал. Так, в случае предельных
кислот это выражается в активировании π-положения, а в случае
ароматических кислот карбоксильная группа приводит к дезактивации
бензольного кольца.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 48 из 63
Далее необходимо рассмотреть физические свойства кислот и влияние
строения карбоксильной группы на их проявление. Так, хорошая
растворимость в воде низших кислот обусловлена образованием водородной
связи между молекулами кислоты и воды. Необходимо также отметить, что
карбоновые кислоты за счет ассоциации молекул существуют в виде
циклических димеров. Такая ассоциация возможна за счет прочных
водородных связей, и она определяет высокие температуры плавления и
кипения кислот.
Для карбоновых кислот характерны реакции:
замещения атома Н гидроксильной группы;
замещения гидроксила. Реакции по карбонильному атому С;
реакции по α-углеродному атому;
декарбоксилирование.
Привести уравнения реакций замещения атома водорода на металл при
взаимодействии с металлами, основными оксидами, основаниями, солями.
Подробнее следует остановиться на реакциях замещения гидроксила,
поскольку они приводят к образованию различных производных карбоновых
кислот. Рассмотреть реакции: замещения гидроксила на галоген при
действии галогенидов фосфора с образованием галогенангидридов;
замещения –ОН группы на NH2-группу при нагревании сухих аммонийных
солей с образованием амидов; межмолекулярной дегидратации с
образованием ангидридов кислот; этерификации - образования сложных
эфиров. Особое внимание уделить механизму реакции этерификации.
В качестве примера реакций замещения при α-углеродном атоме привести
реакцию галогенирования (бромирования или хлорирования), в ходе которой
образуются α-галогенкарбоновые кислоты.
Рассмотреть реакции декарбоксилирования. Отметить, что легкость
отщепления СО2 зависит от природы кислоты. Так, некоторые кислоты
декарбоксилируются при нагревании, для других необходимо сплавление их
натриевых солей со щелочью. Кроме того, используется электролиз
натриевых или калиевых солей карбоновых кислот (электролиз по Кольбе).
Познакомить студентов с дикарбоновыми кислотами и ненасыщенными
карбоновыми кислотами, гидроксикарбоновыми кислотами. Рассмотреть
особенности номенклатуры, строения, физических и химических свойств на
примерах отдельных представителей. Сравнить реакционную способность с
предельными одноосновными карбоновыми кислотами.
Охарактеризовать способы получения карбоновых кислот.
Рассмотреть области практического применения основных представителей
карбоновых кислот.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какие формы обучения более предпочтительны при рассмотрении
раздела «Кислородсодержащие соединения»?
2. Как классифицируются карбоновые кислоты?
3. Каковы особенности декарбоксилирования?
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 49 из 63
Рекомендуемая литература:
1. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.1. 727с.
2. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.2. 582с.
3. В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина.
Органическая химия. – М.: Дрофа, 2009. –Кн.2: 592 с.
4. Робертс Дж., Кассерио. Основы органической химии. В 2 т. – М.: Мир,
1978.
5. Терней А. современная органическая химия. В 2 т. –М.: Мир, 1981.
Лекция 12 - Методические аспекты преподавания раздела «Углеводы»
План лекции:
1. Методические особенности преподавания темы «Моносахариды»
2. Методические особенности преподавания темы «Дисахариды»
3. Методические особенности преподавания темы «Полисахариды»
1. В начале занятия необходимо дать определение углеводам. Привести
классификацию углеводов:
Далее следует рассмотреть моносахариды. Привести формулы глюкозы и
фруктозы. Сравнить их состав, строение. Указать структуры цепных и
циклических (полуацетальных) форм глюкозы и фруктозы. Привести схемы
их циклизации, предварительно напомнив механизм реакции взаимодействия
альдегида со спиртом. Отметить, что циклическая форма глюкозы образуется
при переходе атома водорода гидроксильной группы, связанной с пятым (С 5)
или четвертым (С4) углеродным атомом, а циклическая форма фруктозы – с
шестым (С6) или пятым (С5) атомом углерода.
Следует отметить, что при формировании циклической формы углеводов
появляется гидроксильная группа, не существовавшая ранее. Эту
гидроксильную группу называют полуацеталъным или гликозидным
гидроксилом. Пятичленные циклические формы моноз называют
фуранозными, а шестичленные циклические формы – пиранозными. Для
изображения изомеров моноз в цепной форме используют проекционные
формулы Э. Фишера: циклическую форму моносахаридов удобнее
изображать в виде «перспективных» формул Хеуорса.
Показать, что циклические формы глюкозы различаются взаимным
расположением гликозидного гидроксила относительно цикла. Дать
определение α- и β-формам (аномерам).
Более подробно следует остановиться на оптической изомерии моноз.
Показать, что молекула моносахарида содержит несколько асимметрических
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 50 из 63
томов углерода. Число возможных оптических изомеров соответствует N=2n,
где n – число асимметрических томов углерода. Отметить, что циклическая
форма углевода увеличивает число стереоизомеров в 2 раза, т.к. в
циклической форме появляется еще один асимметрический атом углерода,
входивший ранее в состав карбонильной группы. Обратить внимание на то,
что отнесение оптически активного вещества к D- или L-ряду не связано с
направлением вращения, а определяется положением гидроксильной группы
у одного из асимметрических атомов углерода.
Для моноз в циклической форме возможна конформационная изомерия,
связанная с расположением в пространстве атомов углерода шестичленного
цикла.
Описать физические свойства моносахаридов.
Охарактеризовать реакционную способность моноз. Моносахариды
проявляют свойства спиртов, карбонильных соединений, циклических
полуацеталей. Привести реакции, протекающие по карбонильной группе
(восстановления, присоединения синильной кислоты, окисления). Отметить,
что восстанавливаются монозы до сахарных спиртов, а в случае
присоединения синильной кислоты образуются полиоксинитрилы. Особое
внимание уделить реакциям окисления. Так, для моносахаридов характерны
реакции
«серебряного
зеркала»,
т.е.
моносахариды
являются
восстанавливающими сахарами.
Привести
реакции,
протекающие
по
гидроксильным
группам
(алкилирования, ацилирования, образования алкоголятов). Обратить
внимание на то, что при алкилировании йодистым метилом замещение
атомов водорода на метил происходит во всех гидроксильных группах, а при
алкилировании метанолом простой эфир образуется только за счет
гликозидного гидраксила.
Следует рассмотреть и специфическое свойство моносахаридов – брожение,
под которым понимают разложение моносахаридов под действием
ферментов
микроорганизмов.
Привести
реакции
спиртового,
молочнокислого, маслянокислого, лимоннокислого брожения.
2. Приступить к изучению дисахаридов (олигосахаридов) с рассмотрения их
строения. Отметить, что олигосахариды состоят из остатков моносахаридов
(2–10), связанных между собой гликозидными связями, на образование
которых затрачиваются 2 гидроксильные группы. При этом возможны два
случая: обе молекулы предоставляют для образования связи гликозидный
гидроксил (гликозид-гликозидная связь); одна молекула предоставляет
гликозидный гидроксил, а другая молекула – любой другой гидроксил
(гликозид-гликозная связь). В случае гликозид-гликозной связи в молекуле
дисахарида сохраняется один полуацетальный гидроксил, и дисахарид
способен из циклической формы перейти в таутомерную ей цепную форму,
которая обладает восстанавливающими свойствами. Такие дисахариды
называются восстанавливающими. Если же на образование связи затрачены
оба гликозидных гидроксила, то дисахарид не способен из циклической
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 51 из 63
формы перейти в цепную, и такие дисахариды называются
невосстанавливающими.
При рассмотрении химических свойств необходимо отметить: реакционную
способность невосстанавливающих дисахаридов определяют гидроксильные
группы, а восстанавливающих – альдегидная или кетонная группа и
гидроксильные группы. При взаимодействии с растворами минеральных
кислот, при действии ферментов дисахариды легко гидролизуются с
образованием моносахаридов.
Привести примеры наиболее распространенных дисахаридов (сахароза,
лактоза, мальтоза, целлобиоза). Отметить особенности их строения и
реакционной способности.
3. При изучении полисахаридов рассмотреть состав, строение и свойства
крахмала и целлюлозы.
Крахмал представляет собой смесь полисахаридов двух типов: растворимой в
воде амилозы (20–30 %) и нерастворимого амилопектина (70–80 %).
Молекулы амилозы имеют линейное строение, а молекулы амилопектина
разветвлены. Следует отметить, что остатки α-D-глюкозы в их молекулах
связанны гликозид-гликозными связями.
Крахмал является невосстанавливающим углеводом. Крахмал легко
гидролизуется при нагревании в присутствии минеральных кислот или при
действии фермента амилазы. Образующиеся при этом промежуточные
продукты имеют различную длину цепей (декстрины). Конечным продуктом
гидролиза является α-D-глюкоза.
Целлюлоза представляет собой полисахарид, состоящий из остатков β-Dглюкозы. В отличие от крахмала, макромолекулярные цепи целлюлозы
имеют только линейное строение. Целлюлоза труднее подвергается
гидролизу. Она хорошо растворяется в концентрированном растворе хлорида
цинка и в аммиачном растворе гидроксида меди, растворе щелочи.
Целлюлоза способна образовывать простые и сложные эфиры.
Описать процесс образования вискозного и ацетатного волокна.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что является продуктом гидролиза крахмала?
2. Как классифицируются дисахариды?
3. Где находят практическое применение полисахариды?
Рекомендуемая литература:
1. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.1. 727с.
2. В.Ф. Травень. Органическая химия. – М.: Академкнига, 2008. Т.2. 582с.
3. В.Л. Белобородов, С.Э. Зурабян, А.П. Лузин, Н.А. Тюкавкина.
Органическая химия. – М.: Дрофа, 2009. –Кн.2: 592 с.
4. Робертс Дж., Кассерио. Основы органической химии. В 2 т. – М.: Мир,
1978.
5. Терней А. современная органическая химия. В 2 т. –М.: Мир, 1981.
Лекция 13 - Курс химии высокомолекулярных соединений в вузе
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 52 из 63
План лекции:
1. Дидактика курса «Химия ВМС»
2. Проблемное обучение в курсе «Химия ВМС»
3. Методические аспекты преподавания курса «Химия ВМС»
1. Курс «Высокомолекулярные соединения» входит в число учебных
дисциплин, включенных в учебный план направления 5В011200-Химия.
Общие требования к образованности специалиста приведены в
Государственном образовательном стандарте (ГОС). Наиболее эффективным
способом достижения целей развития мышления (продуктивного и
теоретического) является организация обучения на основе принципов
развивающего обучения. С другой стороны, модульно-рейтинговая
технология (МРТ) обучения характеризуется четкой организацией всех
этапов обучения: от технологии постановки и достижения целей до
технологии оценки результатов обучения. Принципы этих двух подходов
дополняют друг друга, поэтому организация развивающего обучения по
курсу «Высокомолекулярные соединения» в форме модульно-рейтинговой
технологии является эффективным средством развития химического
мышления студентов.
Цель обучения напрямую связана с формированием у студентов особой
умственной деятельности, направленной на выяснение условий и законов
происхождения тех теоретических обобщений и понятий, которые являются
специфическими для данной области знаний.
Категории «анализ», «синтез» и «оценка» характеризуют учебные результаты
на более высоком интеллектуальном уровне, чем понимание и применение,
поскольку требуют осознания учебного материала, его внутренней
структуры. При решении творческих задач по курсу студенты должны
осознанно предлагать решение творческой задачи. Для этого они должны
уметь:
• сравнить возможности разных методов получения полимеров с
заданными строением и свойствами;
• делать прогноз свойств и структуры полимера при получении его тем или
иным способом или при химической модификации;
• предложить наиболее оптимальный вариант или единственно возможное
решение и оценить его значение при решении творческой задачи.
Умение анализировать предполагает умение разбить учебный материал на
составляющие так, чтобы проявилась его структура (вычленить части целого,
всеобщего, выявить взаимосвязи между ними, понять принцип организации
всеобщего, целого). Категория «синтез» обозначает умение комбинировать
элементы, чтобы получить целое, обладающее новизной. Для решения
творческой задачи необходимо, кроме того, уметь понимать ход собственных
индуктивно-дедуктивных рассуждений, ход умственной деятельности, чтобы
они были логичными и соответствовали заданной цели. Поэтому на каждом
этапе анализа и синтеза необходимо уметь оценивать значение тех или иных
исходных данных, полученных отношений, структуры, результатов. Только в
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 53 из 63
этом случае решение учебных и научных проблем и задач будет
обладать строгой логичностью и понятностью, будет иметь научную
значимость. Например, при изучении курса «Высокомолекулярные
соединения»
студенты должны уметь не только предложить способ
получения полимера с заданными свойствами и строением, но и оценить
значение этого способа и общей проблемы синтеза полимеров для
практического целей, для решения общей проблемы получения новых
полимерных материалов.
2. Анализ содержания учебных программ и учебников по курсу
«Высокомолекулярные соединения» позволяет заметить, что в содержание
курса авторы стремятся включить все стороны науки о полимерах: получение
исходных
мономеров,
закономерности
полимеризации
и
поликонденсации, синтез и применение олигомеров, физико-химические,
механические
и электрические
свойства
полимеров,
растворы
высокомолекулярных
соединений, методы исследования полимеров и
оценки их свойств и т.д. Это диктуется тем обстоятельством, что в
университетах курс «Высокомолекулярные
соединения»
является
единственным общим курсом, специально посвященным полимерам. Это
объясняется объективными причинами в самой науке. Дело в том, что
полимеры как объект научных исследований, их физические, механические,
химические свойства изучаются в нескольких научных направлениях.
Сведения о них можно обнаружить в физике, материаловедении,
органической химии, биохимии, физической химии и т.д. Единой науки о
полимерах не существует. Вот поэтому почти все учебники страдают общим
недостатком: в них научная информация включается в плохо
систематизированном необобщенном виде. В результате объем учебного
материала приобретает огромные размеры, и студенты не в состоянии
усвоить его, тем более что расположение материала часто дается не в своей
специфической системе, а виде изолированного описания научных
достижений, законов и понятий. Кроме этого, почти всегда трудно
определить принципы, по которым следует строить процесс обучения с
использованием этих учебников. Студенты не осознают научных проблем
и основных закономерностей, системности понятий и законов, лежащих в
основе их решения. В результате обучение приобретает информационный
характер, игнорируются задачи ГОСО о развитии химического мышления,
формировании естественнонаучного сознания.
В начале курса «Высокомолекулярные соединения» необходимо показать,
как основная проблема химии «Получение веществ с заданными свойствами»
находит отражение в данной области химической науки. Если выделять
основной вопрос, который бы определял основную проблему науки о
полимерах, то он будет формулироваться следующим образом: «Как
зависит от метода получения полимера его структура и свойства ?». Или в
другой редакции: «Как получить полимер с заданным строением и
заданными свойствами?». Основная проблема науки о полимерах почти не
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 54 из 63
приводится в традиционных учебниках по полимерам, ее решение в виде
понятий, законов, теорий размыто по многих разделам.
Учебный материал имеет то же самое объективное содержание, что и
результаты научных исследований в данной области, поэтому способ
изложения учебного материала начинается с этой уже найденной,
исторически и логически исходной формы мысленного воспроизведения
конкретности, с логического выведения ее частных проявлений. Раскрытие
этой формы позволяет сразу в «чистом» виде прослеживать развитие
изучаемого материала, его частные особенности.
Весь курс «Высокомолекулярные соединения» логически делится на две
части: в первой части рассматривается зависимость физических и
механических свойств полимеров от описанных факторов, во второй –
соответственно химические свойства полимеров, а также химические
свойства тех органических соединений, которые выступают в качестве
мономеров при получении полимеров. Эти две теоретические абстракции
описывают отношения между свойствами и факторами, от которых они
зависят: физические и механические свойства полимеров находятся в
зависимости от состава, структуры и характера внешних условий;
химические свойства полимеров, а также мономеров, находятся в
зависимости от состава, структуры и характера внешних условий.
3. Основные цели подготовки: приобретение профессиональных знаний и
умений в области химической науки, технологии и образования;
формирование и развитие химического мышления будущих специалистов.
Основная задача изучения дисциплины: теоретическая и практическая
подготовка студентов в области в области синтеза, химической модификации
полимеров различных классов.
В рамках курса «Высокомолекулярные соединения» студенты должны
знать:
• научный объект (полимерное состояние вещества, особенности строения
и свойств полимеров);
• предмет науки (методы получения полимеров с заданными строением и
свойствами, благодаря которым они находят применение);
• основные теоретические обобщения науки, решающие научные задачи:
установление зависимости между строением и свойствами полимеров, между
свойствами и возможностями применения;
• основные теоретические понятия науки, язык науки, с помощью которого
оформляется решение научных задач;
• конкретные научные сведения (свойства наиболее важных полимеров,
благодаря которым они находят применение в разных областях человеческой
деятельности, их строение и методы получения).
студенты должны уметь:
 применять основы фундаментальных знаний для решения практических
задач синтеза полимеров различными методами;
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 55 из 63
 использовать практические навыки по применению современных
экспериментальных методов для изучения структуры макромолекул,
молекулярно-массовых характеристики физико-механических свойств
полимеров;
 применять теоретические знания и практические навыки для решения
прикладных задач по технологии производства и переработке полимеров.
Переход от выделенных содержательных абстракций к их частным
проявлениям – это
главное
в
построении
всего
курса
«Высокомолекулярные соединения». Путем восхождения от абстрактного к
конкретному могут быть выделены содержательные абстракции второго
уровня. Они лежат в основе конструирования структуры курса и
обеспечивают внутрипредметные связи между основными разделами курса.
Такими содержательными абстракциями являются следующие обобщения.
•
Особенности строения макромолекул и надмолекулярных структур
являются причинами особых свойств полимеров и позволяют рассматривать
полимерное состояние как особое состояние вещества (модуль 1).
• Особенности свойств растворов полимеров (набухание и другие)
обусловлены особенностями строения и свойств макромолекул, и параметры,
характеризующие
эти
свойства,
являются
количественными
характеристиками структуры макромолекул (молекулярная масса, гибкость,
конформация, размеры) (модуль 1 – модуль 2).
• Физико-механические свойства полимеров (деформация, прочность)
обусловлены структурой полимеров (модуль 1 – модуль 3).
• Структура полимеров определяется методом получения и связанными с
ним параметрами: реакционной способностью мономера, зависящей от его
структуры; внешних условий: природы катализатора, растворителя,
температуры и других условий (модуль 1 – модуль 4).
• Химические свойства полимеров определяются структурой макромолекул
и полимеров и находятся в основе методов химической модификации
полимеров (модуль 1 – модуль 5).
Центральным элементом этих содержательных обобщений являются
теоретические представления о составе макромолекул и структуре
полимеров, поскольку в основе всех описанных обобщений находится
отношение какого-либо свойства полимера с его составом и структурой.
Отношение «свойство – структура» является фундаментальным
теоретическим обобщением всех естественных наук: физические и
химические свойства полимеров находятся в зависимости от состава
макромолекул и структуры полимера. Поэтому формирование выделенных
абстракций базируется на теоретических понятиях и обобщениях,
описывающих структуру полимеров.
Каждая выделенная абстракция связана с несколькими научными
проблемами, решаемыми в рамках науки о полимерах. Эти научные
проблемы в учебном предмете принимают форму модульных учебных
проблем (см. табл.).
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 56 из 63
Таким образом, в структуру курса «Высокомолекулярные соединения»
входят 5 модулей, логически взаимосвязанных друг с другом. Все
модули объединяет комплексная интегрирующая познавательная цель:
возможность получения полимеров с заданными свойствами. Эта цель
достигается через структуру и содержательные абстракции каждого модуля.
Каждый модуль курса начинается со специально развернутого введения
студентов в те ситуации, внутри которых возникает потребность в
соответствующих понятиях теоретического характера. Каждый модуль имеет
категориальный аппарат, который можно представить в виде структурнологических схем (категориальных сеток). В практике учебной деятельности
структурно-логические
схемы
преимущественно
используются
в
объяснительно-иллюстративных целях и представляют собой информацию
об объекте познания. Однако они должны использоваться как средство
усвоения понятий, включая в себя не только предметное содержание
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 57 из 63
понятия, но и способ его выведения, познания путем движения от общего к
частному.
Вопросы для самоконтроля:
1. Каковы особенности изучения курса «Химия ВМС» в вузах и средней
школе?
2. Чем определяется структура полимеров?
3. Перечислите основные цели и задачи изучения химии ВМС
Рекомендуемая литература:
1. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения: Учебник для ун-тов. 3-е изд.,
перераб. и доп. М.:Высш. шк., 1981. 656 с.
2. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 1. Структура
полимеров: Учеб. пособие / Уд Г У. Ижевск, 2003. 185 с.
3. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 2. Свойства
растворов полимеров: Учеб. пособие / УдГУ. Ижевск, 2004. 101 с.
4. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 3. Физикомеханические свойства полимеров: Учеб. пособие / УдГУ. Ижевск, 2004.
127 с.
5. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 4. Методы получения
полимеров: Учеб. пособие / УдГУ. Ижевск, 2004. 148 с.
Лекция 14 - Методические аспекты преподавания раздела «Способы
получения полимеров – полимеризация, поликонденсация»
План лекции:
1. Методические особенности преподавания темы «Моносахариды»
2. Методические особенности преподавания темы «Дисахариды»
1. Занятие рекомендуется начинать с классификации основных методов
получения полимеров. Дать полной определение полимеризации.
Рассмотреть термодинамику полимеризации. Рассмотреть понятие о
полимеризационно-деполимеризационном
равновесии.
Изучить
классификацию цепных полимеризационных процессов.
Рассмотреть
радикальную
полимеризацию.
Представить
стадии
полимеризации. Инициирование радикальной полимеризации. Типы
инициаторов. Реакции роста, обрыва и передачи цепи. Объяснить студентам
кинетику радикальной полимеризации при малых степенях превращения.
Рассмотреть понятие о квазистационарном состоянии. Более подробно
остановиться
на
молекулярной
массе
и
молекулярно-массовом
распределении полимеров, образующихся при радикальной полимеризации.
Привести способы проведения полимеризации: в массе, в растворе, в
суспензии и в эмульсии.
Рассмотреть катионную полимеризацию. Охарактеризовать мономеры,
способные вступать в катионную полимеризацию. Привести катализаторы и
сокатализаторы полимеризации. Объяснить рост и ограничение роста цепей
при катионной полимеризации, а также влияние природы растворителя.
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 58 из 63
Показать различие катионной и анионной полимеризации. Охарактеризовать
мономеры, способные вступать в анионную полимеризацию. Привести
катализаторы анионной полимеризации. Рассмотреть инициирование, рост и
ограничение роста цепей при анионной полимеризации. Дать понятие
"живым цепям".
Объяснить координационно-ионную полимеризацию в присутствии
гомогенных и гетерогенных катализаторов типа Циглера-Натта. Привести
принципы синтеза стереорегулярных полимеров.
Рассмотреть особенности сополимеризации. Указать реакционную
способность мономеров и радикалов. Разобрать со студентами радикальную
сополимеризацию. Привести уравнение состава сополимеров. Объяснить
относительные реакционные способности мономеров и радикалов. Показать
проблему сополимеризации при глубоких степенях превращения.
2. Рассмотреть второй способ получения полимеров - поликонденсацию.
Изучить типы реакций поликонденсации. Показать основные различия
полимеризационных и поликонденсационных процессов. Разобрать
термодинамику поликонденсации и поликонденсационное равновесие.
Изучить молекулярная массу и молекулярно-массовое распределение при
поликонденсации. Показать способы проведения поликонденсации.
Проведение поликонденсации в расплаве, в растворе и на границе раздела
фаз.
Вопросы для самоконтроля:
1. Каковы методические особенности изучения способов получения
полимеров?
2. Каковы стадии полимеризации?
3. Как классифицируются поликонденсация?
Рекомендуемая литература:
1. Шур А.М. Высокомолекулярные соединения: Учебник для ун-тов. 3-е изд.,
перераб. и доп. М.:Высш. шк., 1981. 656 с.
2. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 1. Структура
полимеров: Учеб. пособие / Уд Г У. Ижевск, 2003. 185 с.
3. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 2. Свойства
растворов полимеров: Учеб. пособие / УдГУ. Ижевск, 2004. 101 с.
4. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 3. Физикомеханические свойства полимеров: Учеб. пособие / УдГУ. Ижевск, 2004.
127 с.
5. Андреев И.А. Физика и химия полимеров: Модуль 4. Методы получения
полимеров: Учеб. пособие / УдГУ. Ижевск, 2004. 148 с.
Лекция 15 - Современный подход к разработке малоотходных и
безотходных технологии
План лекции:
1.Определение безотходной и малоотходной технологий. Количественная
оценка безотходности производств
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 59 из 63
2. Принципы создания малоотходной и безотходной технологии при
производстве органических веществ и высокомолекулярных соединений
1. Концепция современного химического производства базируется на
малоотходных (в идеале безотходных) технологиях, обеспечивающих
эффективное использование материальных и энергетических ресурсов при
отвечающих государственным стандартам ПДВ (предельно-допустимых
выбросов) и ПДС (предельно-допустимых сбросов) вредных веществ в
окружающую среду (либо при полном отсутствии выбросов). При разработке
МОП и БОП возникает комплекс технических проблем и ряд
организационных вопросов. Так, к числу технических проблем относятся:
1. разработка принципиально новых МОП и БОП;
2. совершенствование существующих технологических процессов (оба
эти направления имеют целью получение химических продуктов
высокого качества, сокращение стадий процессов, использование
малотоксичного исходного сырья);
3. регенерация исходных соединений (мономеров, растворителей и т. д.);
4. утилизация отходов
5. очистка стоков и водооборотных систем и т. п. (для осуществления
БОП и МОП должна использоваться такая техника контактирования
фаз, которая обеспечивает оптимальные условия их осуществления);
6. необходимая температурная последовательность по длине рабочей
зоны;
7. интенсивный тепло- и массообмен;
8. максимально возможная селективность;
9. минимальные потери энергии;
10.внедрение непрерывных процессов и т. д.
В основу критериев, ограничивающих вредное воздействие производства на
окружающую среду, положены существующие ПДК загрязняющих веществ.
На их основе рассчитываются научно-технические показатели воздействия
производства на окружающую среду, к которым в первую очередь относятся
нормативы:
 предельно-допустимые выбросы (ПДВ) в атмосферу;
 предельно-допустимые сбросы (ПДС) в водоемы.
Эти показатели измеряются для каждого источника организованного выброса
или сброса.
Второй по значимости количественной оценкой безотходности производства
является степень использования в технологических процессах сырья и
материалов. Например, в химической промышленности введен коэффициент
безотходности (КБ), который характеризует полноту использования в
производстве материальных и энергетических ресурсов, а также
интенсивность воздействия этого производства на окружающую среду:
Гдеf - коэффициент, определяемый эмпирическим путем;
К м - коэффициент полноты использования материальных ресурсов;
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 60 из 63
К э - коэффициент полноты использования энергетических ресурсов;
К А - коэффициент соответствия экологическим требованиям.
К малоотходным относятся производства, характеризующиеся величиной К м,
равной не менее 0,8-0,9 (в зависимости от мощности предприятия), а к
безотходным – не менее 0,90-0,98 (также в зависимости от мощности
производства).
Экологическая проблема создания безотходных технологий имеет по крайней
мере четыре аспекта:
1) экологический
2) ресурсный аспект,
3) технологический и технический,
4) экономический и организационный.
2. Принцип системности
Принцип системности, базируется на анализе, заключающемся в том, что
химическое производство рассматривается как замкнутая система,
взаимодействующая с окружающей средой.
Принцип цикличности материальных потоков
Принцип рециркуляции
Одним из общих принципов, лежащих в основе создания безотходных
производств, является цикличность материального потока, т. е. возврата
части его обратно в процесс. Эго способствует интенсификации ХТП, т. к.
наиболее полно используются исходные продукты и энергия, улучшаются
условия ведения процессов.
Принцип комплексного использования сырьевых ресурсов
Комплексное использование природных ресурсов - это удовлетворение
потребностей общества в определенных видах природных ресурсов,
основанное на экономически и экологически оправданном использовании
всех их полезных свойств, а также на максимально полной переработке и
всестороннем вовлечении природных ресурсов в хозяйственный оборот с
ростом перспектив развития различных отраслей промышленности,
природоохранных норм и требований, интересов настоящего и будущих
поколений людей.
Принцип экологической безопасности.
К важнейшему принципу, который лежит в основе БОП, необходимо отнести
требование экологической безопасности. Обеспечение экологической
безопасности означает необходимость:
а)
охраны редких и исчезающих видов растений и животных с целью
обеспечения
биологического
разнообразия.
Именно
сокращение
максимального биологического разнообразия является основным гарантом
поддержания стабильных условий существования жизни на Земле;
б)
рационального расходования природных ресурсов, в том числе
комплексного использования добываемых минеральных ресурсов.
в)
решения энергетической проблемы, в первую очередь на базе
повышения эффективности использования энергии;
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 61 из 63
г)
решения проблемы сбора, хранения, ликвидации и утилизации
бытовых и производственных отходов;
д)
создания энерго- и ресурсосберегающих технологий и технических
средств;
е)
организации охраняемых территорий - заповедников, национальных
парков и т. д., которые могут являться эталоном нетронутой природы;
ж) обеспечения радиационной безопасности;
з)
рекультивации земель;
и)
создания и внедрения экологически чистых и щадящих природу
технологий.
Принцип рациональной организации БОП
Наиболее прогрессивной формой организации промышленного производства
является комбинирование нескольких производств на основе комплексного
использования одного и того же сырья.
Предельная эффективность ХТП - это эффективность процесса, в котором при
принятой совокупности условий его достигаются максимально возможные
(предельные) значения конверсии сырья и селективности, основанные на
данной конкретной химической схеме превращения исходного сырья.
Принцип
комбинирования
и
межотраслевого
кооперирования
производств
Комбинированное производство - это комплекс взаимосвязанных
технологических процессов для производства одного или нескольких
продуктов.
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите принципы создания безотходных технологий
2. Что показывает коэффициент безотходности
3. Перечислите основные проблемы при создании безотходных
технологий
Рекомендуемая литература:
1. Сутягин В.М., Бондалетов В.Г., Кукурина О.С. Принципы разработки
малоотходных и безотходных технологий. – Томск: Изд-во Томского
политех. Университета, 2009. -184с.
2. Харлампович Г Д., Кудряшова Р.И. Безотходные технологические
процессы в химической промышленности. - М.: Химия, 1978.- 280 с.
3. Громов Б.В., Зайцев В A., Ласкорин Б.Н. Безотходное промышленное
производство. Итоги науки и техники.- М.: ВИНИТИ, 1981.-Т.9.-218с.
4. Звягинцев Г.Г1. Промышленная экология и технология утилизации
отходов. - Харьков: Высш. шк., изд-во Харьковского ун-та, 1986. - 144
с.
Семинарские занятия
Семинарское занятие 1,2 - Организационные формы обучения в вузе
Семинарское занятие 3,4 - Методы и формы контроля знаний студентов
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 62 из 63
Семинарское занятие 5,6 - Проблемное обучение в процессе преподавания
химии
Семинарское занятие 7,8 - Использование технологии проблемного обучения
в процессе преподавания химии
Семинарское занятие 9, 10 - Проектный метод обучения при изучении
органической химии и химии ВМС
Семинарское занятие 11, 12 - Кейс метод в обучении органической химии
Семинарское занятие 13, 14 - Модульное обучение в вузе
Семинарское занятие 15, 16 - Химический эксперимент
Семинарское занятие 17, 18 - Методические аспекты преподавания раздела
«Углеводороды»
Семинарское занятие 19, 20 - Методические аспекты преподавания раздела
«Кислородосодержащие соединения»
Семинарское занятие 21, 22 - Методические аспекты преподавания раздела
«Биологически активные соединения»
Семинарское занятие 23, 24 - Методические аспекты преподавания раздела
«Азотсодержащие соединения»
Семинарское занятие 25, 26 - Методические аспекты преподавания раздела
«Полимераналогичные превращения»
Семинарское занятие 27, 28 - Методические аспекты преподавания раздела
«Растворы полимеров»
Семинарское занятие 29, 30 - Методические аспекты преподавания раздела
«Физические и фазовые состояния полимеров»
Самостоятельная работа магистрантов
1. Многоуровневая система образования
2. Высшее химическое образование в странах Запада (по выбору)
3. Анализ содержания программы «Органическая химия» для бакалавриата
4. Анализ содержания программы «химия ВМС» для бакалавриата
УМКД 042-18-10.1.35/03- 2013
Редакция № 1 от
18.09
2013
стр. 63 из 63
5. Разработка контрольных заданий для студентов для курса «Органическая
химия»
6. Разработка контрольных заданий для студентов для курса «Химия ВМС»