Граф-схемы в преподавании химии в медицинском вузе Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ТЕХНОЛОГИЯ И ПРАКТИКА ОБУЧЕНИЯ

100

Татьяна Николаевна Литвинова, доктор педагогических наук, кандидат медицинских наук

ГРАФ-СХЕМЫ В ПРЕПОДАВАНИИ ХИМИИ В МЕДИЦИНСКОМ ВУЗЕ

Один из принципов построения нами курса химии для студентов медицинского вуза — это принцип укрупнения и минимизации содержания. Для решения проблемы понимания фундаментальных вопросов химии мы выделяем следующие основные аспекты: понимание текста; понимание химической символики; понимание сложных теоретических концептов (теоретической системы понятий, важнейшей системы знаний химии), понимание теорий и законов.

При изучении химии большое значение имеет кодирование учебной информации с помощью удобных условных знаков: химической символики, формул, уравнений, схем строения атома, схем механизмов образования химической связи, механизмов реакций и др. Например: О — энергия Гиббса, Н — энтальпия, 5 — энтропия, за обозначением которых скрывается большой смысл и объём информации. Укрупнение закодированной информации позволяет компактно представлять более сложные символические конструкции, отражающие химические законо-

мерности (ряд стандартных потенциалов, таблицы констант растворимости, диссоциации). Их усвоение и особенно раскрытие заложенного в них смысла представляют достаточно сложную для первокурсника задачу. Для её решения для нас наиболее значим семиотический подход, введённый Н.Е. Кузнецовой в методику обучения химии1. Главное назначение символических, символико-графических и других форм выражения химических понятий и законов заключается в обеспечении удобного оперирования им с помощью условных знаков.

Различные символические формы (знаки, формулы, уравнения и т.п.) замещают собой понятия, закономерности и всегда тесно связаны с той теорией, в недрах которой они возникли и которую они обслуживают. Таким образом, подходя с перечисленных выше позиций к изучению символики, можно добиться её понимания и сознательного использования, поскольку главное на-

1 Методика преподавания химии: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по хим. и биол. спец. / Под ред. Н.Е. Кузнецовой. М.: Просвещение, 1984. 415 с.

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. № 3/2012

"ЛУ

значение условных обозначений — быть инструментом мыслительной понятийно-теоретической деятельности. С её помощью раскрывается самое главное и существенное в отражаемых ею объектах — понятиях химии. Она облегчает обобщение, систематизацию (классификацию) элементов, химических реакций, качественное и количественное описание их параметров. Широко используется в изучении химии символическое моделирование. Примером таких моделей могут служить: схемы для расчёта теплового эффекта реакций; уравнения реакций; схемы процессов, отражающих законы, закономерности их протекания и т.п. Например, запись Т = const, ДТ = 0 означает изотермический процесс, а запись

АНр-ции ( ^ П!АН/',обр. ^род.

- d n АНг0обр.)исх.

означает следствие из закона Гесса, схему расчёта теплового расчёта реакции при стандартных условиях.

Удобное средство — символико-графи-ческие граф-схемы. Пример привёден нами на рис. 1.

Подобные символические модели, особенно отражающие в качественном и количественном плане какие-либо химические закономерности (лиотропный ряд ионов, ПСЭ и др.), несут в себе огромный эвристический потенциал. Понимая их смысл и значение, зная правила их использования, студенты могут самостоятельно прогнозировать и моделировать конкретные химические, биохимические, физико-химические процессы, изучаемые в курсе общей химии. Символические записи, включённые в со-

став химических текстов, улучшают их понимание, ибо: 1) являются связующим мостиком между абзацами текста; 2) выделяют сущность прочитанного; 3) обобщённо, обзорно и кратко отражают словесное высказывание, делают его наглядным, образным, а потому более понятным.

При построении курса химии на основе интегративно-модульного подхода мы применили глобальное и локальное структурирование учебного материала. Каждый модуль состоит из модульных единиц и модульных элементов. В структуре каждого модуля мы выделили инвариантную и вариативную части.

Используя символическое моделирование, мы предложили модель инварианта каждого модуля. В качестве примера приведём модель структуры инвариантной части системы знаний модуля «Основы химической термодинамики, химической кинетики и химического равновесия» в виде граф-схемы (рис. 2).

В этом модуле главный системообразующий фактор — это блок знаний о химической реакции. Объяснительную функцию несут термодинамические и кинетические теории и законы, раскрывающие сущность процессов и объединяющие фундаментальные понятия. Наибольшую системообразующую и функциональную нагрузку несут общие понятия: скорость химической реакции, реакционная способность, термодинамические и кинетические законы и закономерности. Этот модуль имеет большое теоретическое значение в изучении курса общей химии. Он основополагающий для медицинского образования, так как главный акцент делается на биохимические процессы, про-

Скорость химической реакции

средняя истинная

_!_ С2 - С и _ ±—-1 т2 -т1 (с и_±- (т

гетерогенный процесс

(п _± Лс Зйт Лт

лимитирующая стадия транспорт хим. реакция

Х(т (т 4-'

Факторы, определяющие скорость реакции

их влияние устанавливается на основе принципа единственного переменного

концентр ация реагирующих веществ

закон действия масс

К.Гульдберг, П.Вааге, 1867

природа реагирующих веществ

и = к при е'Пе'т _ 1,

где к - константа скорости химической реакции

правило Вант-Гоффа

к±10 _у- у = 2-4

- температурный коэффициент Вант-Гоффа

теоретическая интерпретация зависимости V от природы реагирующих веществ, ? и катализатора

распределение частиц по энергии

Энергия активации (Еа)

низкая Еа — 0 высокая

(безбарьерные активированныи

реакции) комплекс

энергия активисте центры

теория роль

промежуто адсорбции в

ЧНЫХ обр. актив.

соединении комплекса

катализаторы

положительные и

отрицате льные

(ингибиторы)

Рис. 1. Граф-схема «Химическая кинетика»

и_ кее

спст С1 С2

V

ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. № 3/2012

"ЛУ"

Рис. 2. Граф-схема «Основы химической термодинамики, химической кинетики и химического равновесия»

текающие в живом организме, термодинамические и кинетические факторы, способствующие поддержанию гомеостаза, то есть стационарного, а не равновесного состояния, объяснение которым дают термодинамические и кинетические законы. Для сознательного усвоения курса химии мы считаем необходимым сформировать у студентов-медиков системное представление об этом курсе, его основных понятиях с самого начала изучения.

Современный курс химии в соответствии с ФГОС-3 ВПО включает два больших раздела: общую химию и биоорганическую химию. Безусловно, общая химия — фундамент для дальнейшего химического образования студентов.

Используя технику графического сгущения, разработанную A.A. Остапенко, мы представили основные понятия общей химии в их взаимосвязи в виде граф-схемы (рис. 3).

ТЕХНОЛОГИЯ И ПРАКТИКА ОБУЧЕНИЯ

......Ц~хЗ............

-[вещвсгвоШ........—

Состав Л

Общая химия

Структура лГ

Тй рмвд и наыычйскан характеристика

образования Энтропия (5) \.....(АН.-?.......................................;

Свойства веществ *

Биологическая роль

у Уровни^

►Iорганизации \ / Мицеллы \в0ществауу Макромолекулы —Кристаллы

/ Молекулы / Атомы Элйментчастмцы

Термодинамический

характеристика

- ДН - тепловом эффект

- ДЭ - мамепенда энергии ГиВбпа

• Д5 - изменение энтропии

Химическое-' равновесие

►Традиции

| Кинетическая I

1 хзраггерисггика,!

\—>■ скорость

[......^факторы,

влияющие на скорость

нн Раотеоры I-

V.................... ~>

I ^ способы выражения \ концентраций I свойства растворов р^ неэлектролитов и I электролитов

свойства коллоидных растворов -> свойства растворов ВМС

ерастворах

* Кислотно-основные - Окислит,-восстанов. ■ Гетерогенные Л и ган до обм ен ные

Рис. 3. Граф-схема «Общая химия»

Таким образом, студенты, приступая к изучению общей химии, имеют «панораму» курса в краткой, но ёмкой форме.

Опыт использования крупномодульной графической наглядности показывает, что уровень системности и полноты знаний студентов повышается.