CC BY
57
9
G tir в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 8 (113)
УДК 378.147:543.54
А. А. Буцеева, Е.Г. Шалимова, Е.В. Крылова
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
УСЛОВИЯ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ УСВОЕНИЯ ПОНЯТИЙ (НА МАТЕРИАЛЕ РАЗДЕЛА «ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ»)
Analysis of difficulties Learning section "Chromatographic methods" course of analytical chemistry made it possible to establish that, basically, they are associated with insufficient mastery of the completeness of the studied traits of scientific concepts. Considering this as one of the conditions of the controlled process of forming concepts, proposed system of tasks with a full composition of the studied traits of scientific concepts section.
Анализ трудностей усвоения учебного материала раздела «Хроматографические методы» курса аналитической химии дал возможность установить, что, в основном, они связаны с недостаточным усвоением полноты признаков изучаемых научных понятий. Рассматривая это как одно из условий управляемого процесса формирования понятий, предлагается система заданий с полным составом признаков изучаемых научных понятий раздела.
В настоящее время одной из задач современной школы является подготовка компетентного специалиста, умеющего быстро адаптироваться к условиям производства. В рамках решения этой проблемы, вопросы, связанные с эффективностью процесса усвоения знаний, являются одними из основных.
Усвоение знаний в деятельностной теории учения рассматривается как процесс усвоения действий по применению усваиваемых знаний. Усвоение действий по использованию признаков понятий приводит к усвоению понятий. Деятельностная теория позволяет управлять процессом усвоения понятий, формировать их с заданными качествами, что достигается через выполнение ряда условий [1, 2].
Целью данного исследования является выделение условий, которые способствуют более эффективному усвоению знаний на материале раздела «Хроматографические метода» курса «Аналитическая химия и Физико-химические методы анализа».
Для достижения цели настоящего исследования были поставлены следующие задачи:
1) анализ результатов обучения по традиционной схеме;
2) выявление трудностей усвоения раздела «Хроматографические методы»;
3) определение возможных причин трудностей усвоения понятий раздела при решении практических задач аналитической химии;
4) составление заданий по методу ионообменной хроматографии раздела «Хроматографические методы».
Анализ практики обучения на кафедре аналитической химии по курсу «Аналитическая химия и Физико-химические методы анализа» показал, что у студентов возникают определенные трудности усвоения. Для выделения трудностей усвоения был проведен констатирующий эксперимент. Проводился опрос студентов по методике эксперимента и
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №8(113)
теории метода в практикуме по хроматографическим методам, а также при проведении коллоквиума. Студентам были заданы следующие вопросы:
1. На чем основан способ хромотографирования для данной работы?
2. Уравнения, описывающие физико-химические процессы хрома-тографирования при выполнении данной конкретной работы.
3. Назначение каждого этапа работы.
При проведении коллоквиума также фиксировались умения студентов решать расчетные задачи на хроматографические параметры (вопрос № 4). Результаты опросов студентов представлены в табл. 1 и 2.
Табл. 1. Анализ результатов опроса по ионообменной хроматографии
№ % правильных ответов с объяснением % правильных ответов без объяснения % неправильных ответов
1 76 24 -
2 76 19 5
3 10 76 14
Число опрошенных студентов - 21.
Полученные данные показывают, что сложность у студентов, как правило, вызывает вопрос № 3. По данному вопросу было дано 10% и 30% соответственно, правильных ответов с объяснением (табл. 1,2).
Табл. 2. Анализ результатов коллоквиума по хроматографическим методам
№ % правильных ответов с объяснением % правильных ответов без объяснения % неправильных ответов
1 50 40 10
2 65 35 -
3 30 65 5
4 85 5 10
Число опрошенных студентов - 20.
С целью понимания причин трудностей были сформулированы более детальные вопросы:
1. В чем сущность метода ионообменной хроматографии?
2. Что является неподвижной и подвижной фазами в этом методе?
3. Написать уравнение ионообменного равновесия и выражение для константы равновесия.
4. Коэффициент селективности. Отличие от константы равновесия.
5. Выражение для коэффициента распределения. Какие факторы влияют на величину коэффициента распределения.
6. Оптимальные условия ионообменного распределения.
Вопросы, по которым отслеживался уровень подготовки студентов к выполнению практикума по ионообменной хроматографии, являются характерными и для других методов хроматографирования. Результаты опросов отражены в табл. 3. Анализ трудностей усвоения учебного материала
С 1Ь б X М в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. №8(113)
метода ионообменной хроматографии позволил выявить наиболее сложные вопросы всего раздела «Хроматографические методы». Наибольшую трудность для ответов студентов составил вопрос № 6, а также вопрос № 5. Было получено 7% правильных ответов с объяснением, и 9% правильных ответов с объяснением, соответственно. На вопрос № 3 было дано 39% правильных ответов с объяснением. По вопросу № 4 было дано 25% правильных ответов с объяснением, (табл. № 3).
Табл. 3. Анализ результатов опроса по ионообменной хроматографии (детализация основных вопросов)
№ % правильных ответов с объяснением % правильных ответов без объяснения % неправильных ответов
1 70 30 -
2 64 36 -
3 39 43 18
4 25 43 32
5 9 52 39
6 7 36 57
Число опрошенных студентов - 44.
В рамках данной работы был проведен анализ трудностей усвоения студентами метода газо-жидкостной хроматографии. Были сформулированы следующие вопросы:
1. В чем сущность газо-жидкостной хроматографии?
2. Требования к подвижной и неподвижной фазам в этом методе.
3. Уравнение Ван-Деемтера. Что описывает это уравнение?
4. Смысл коэффициентов, входящих в уравнение Ван-Деемтера.
5. Кривая уравнения Ван-Деемтера. Оптимальная скорость потока газа-носителя.
6. Методы качественного и количественного анализа.
Результаты опросов студентов представлены в табл. 4.
Табл. 4. Анализ результатов опроса по газо-жидкостной хроматографии
№ % правильных ответов с объяснением % правильных ответов без объяснения % неправильных ответов
1 80 20 -
2 20 62 18
3 25 64 11
4 7 50 43
5 29 39 32
6 27 66 7
Число опрошенных студентов - 44.
Наибольшую трудность у студентов вызвал вопрос № 3 и № 4 (соответственно 25% и 7% правильных ответов с объяснением). Анализ показы-
9
С 11 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. Nb 8 (113)
вает, что вопросы, раскрывающие основные понятия кинетической теории, являются наиболее сложными для студентов.
Анализ трудностей усвоения данного теоретического материала показал, что у студентов недостаточно сформированы базовые понятия методов хроматографии, такие как коэффициент распределения Ко, степень разделения а, коэффициент селективности Кв/а, критерий разделения R.
Формирование понятий должно происходить в условиях, когда понятия усваиваются через выделенную систему признаков этих понятий, которые используются в качестве ориентиров и участвуют в процессе решения задач [3, 4, 5]. Например, коэффициент распределения Ко зависит от природы хроматографируемого вещества, его содержания, от природы подвижной и неподвижной фаз, температуры, давления. Если признаки данного понятия не выделяются, то это говорит о том, что студент не может пользоваться этим понятием при решении практических задач.
На основе действий анализа, сравнения и распознавания признаков изучаемых научных понятий был построен блок заданий по теме «Ионообменная хроматография», который может быть использован в учебном процессе для отработки лекционного материала и на практических занятиях. При выполнении этих заданий студентам предлагается самостоятельно оценить процесс разделения ионов с помощью справочных данных.
Примеры заданий по ионообменной хроматографии.
1. Укажите последовательность вымывания ионов Li+, Na+, К , 0,5 Мраствором HCl из колонки с катионообменником Dowex 50W*8, если степени коэффициентов распределения имеют следующие значения: IgKo (Li+) = 0,9; IgKf, (Na+) = 1,07; IgKo (К ) = 1,46. Изменится ли последовательность вымывания ионов Li+, Na+, К и степень их разделения, если в качестве элюен-та использовать 0,1 Мраствор HCl, если в этих условиях IgKo (Li+) = 1,52; IgKf, (Na+) = 1, 71; IgKo (К ) = 2,03? Ответ объяснить.
2. Укажите последовательность вымывания ионов Са2+, Mg2+, А13+ 0,5 М раствором HCl из колонки с катионообменником Dowex 50W*8, если степени коэффициентов распределения имеют следующие значения: lgKD (Са2+) = 2,18; IgKi, (Mg' ) = 1,94; IgKo (АГ+) = 2,50. Изменится ли последовательность вымывания ионов Ca, Mg, АГ и степень их разделения, если в качестве элюента использовать 0,2 М HCl, если в этих условиях IgKo (Сч2+) = 2,90; lgKD (Mg2+) = 2,72; lgKD (Al3+) = 3,28? Ответ объяснить.
3. Укажите последовательность вымывания ионов Zn2+, Fe3, Со2+ 0,2 М раствором HCl из колонки с катионообменником Dowex 50W*8, если степени коэффициентов распределения имеют следующие значения: IgKo (Zn2+) = 2,70 ; IgKi, (Fei+) = 3,53; IgKo (Co2+) = 2,66. Изменится ли последовательность вымывания ионов Zn2+, Fe3+, Со2+ и степень их разделения, если в качестве элюента использовать 2,0 Мраствор HCl, если в этих условиях IgKo (Zn2+) = 0,60; lgKD (Fe3+) = 0,70; lgKD (Co2+) = 0,84? Ответ объяснить.
4. Укажите последовательность вымывания ионов Fe3 , Ссг+, Mg2+ 1,0 Мраствором HCl из колонки с катионообменником Dowex 50W*8, если степени коэффициентов распределения имеют следующие значения: IgKo (Fei+) = 1,54; lgKD (Ccf+) = 1, 62; IgKo (Mg2 ) = 1,32. Изменится ли последовательность вымы-
9
С 1h 6 X Uz в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 8 (113)
ватт ионов Fe3+, Са2+, Mg2+ и степень их разделения, если в качестве элюента использовать 1,0 Мраствор HNO з, если в этих условиях IgKo (Fei+) = 1,91; IgKu (Ca' ) = 1,60; IgKu (Mg' ) = 1,38? Ответ объяснить.
5. Укажите последовательность вымывания ионов Со2+, Zn2+, Fe3+ 5,0 М раствором СНзСООН из колонки с катионообменником КУ-2, если степени коэффициентов распределения имеют следующие значения: IgKo (Со2+) = 4,50; lgKD (Zn2+) = 3,30; lgKD (Fe3+) = 3,00. Изменится ли последовательность вымывания ионов Со2+, Zn2+, Fe3+ и степень их разделения, если в качестве элюента использовать 0,1 Мраствор HCl на колонке с катионообменником Dowex 50W*8, если в данных условиях IgKo (Со2+) = 3,22; IgKo (Zn2+) = 3,27; IgKu (Fei+) = 3,95? Ответ объяснить.
6. Укажите последовательность вымывания ионов Fe3 , Zn2+, Cr3+ 5,0 М раствором СНзСООН из колонки с катионообменником КУ-2, если степени коэффициентов распределения имеют следующие значения: IgKo (Fei+) = 3,00; lgKD (Zn2+) = 3,30; lgKD (Cr3+) = 3,30. Изменится ли последовательность вымывания ионов Fe3+, Zn , СУ' и степень их разделения, если в качестве элюента использовать 1,0 Мраствор HCl на колонке с катионообменником Dowex 50W*8, если в данных условиях IgKo (Fei+) = 1,54; IgKo (Zn2+) = 1,20; IgKo (Cr3+) = 1,40? Ответ объяснить.
Выводы:
1. Выявление причин недостаточного усвоения показало, что основной из них является неумение объяснить и описывать химические, физические и физико-химические процессы, протекающие при разделении смеси веществ в условиях хроматографирования, что связано с недостаточной сформированностью системы признаков, рассматриваемых в разделе понятий.
2. На примере ионообменной хроматографии предлагается использовать блок специально подобранных и разработанных заданий для отработки умений анализировать, распознавать и выделять признаки понятия коэффициента распределения.
Библиографические ссылки
1. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний. М., 1984. 288с.
2. Салмина Н.Г. Знак и символ в обучении/МГУ им. М.В. Ломоносова. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. 288с.
3. Семиотическая логика при построении содержания учебного курса/ Н.Г. Салмина, Е.В. Крылова/МГУ им. М.В. Ломоносова. М.: Вест. Моск. ун-та. Сер. 14. Психология, 1998. № 2. С. 52 - 58.
4. Семиотическая логика и решение учебных текстовых задач в курсе аналитической химии/ Н.Г. Салмина, Е.В. Крылова, В.В. Кузнецов. М.: Вестник МАНВШ, 2000. № 1. С. 186- 192.
5. Влияние сформированности знаково-символического «языка» науки на эффективность усвоения студентами предметных знаний в курсе «Физико-химические методы анализа»/ Е.В. Крылова, И.М. Симакина // Успехи в химии и химической технологии: Сб. науч. тр. [под ред. П.Д. Саркисова и В.Б. Сажина]; / РХТУ им. Д.И. Менделеева М.: Изд-во РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004. Т. ХУ1П. № 8 (48). С. 95 - 99.
