CC BY
40
УДК 541.1+541.18:615.4
DOI10.37963/SMA.2020.4.28
□ ВИДЫ СИТУАЦИОННЫХ ЗАДАЧ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИЧЕСКАЯ И КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ» В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ СТУДЕНТОВ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКОГО ФАКУЛЬТЕТА
Теленкова О.Г., Фаращук Н. Ф., Маркова Е. О.
Смоленский государственный медицинский университет, Россия, 214019, Смоленск, ул.
Крупской, 28
Резюме: В статье раскрывается структура модульного обучения дисциплины «Физическая и коллоидная химия» для студентов фармацевтического факультета и значение ситуационных задач в формировании профессиональных компетенций.
Ключевые слова: модульное обучение, ситуационные задачи, «Физическая и коллоидная
химия»
□ TYPES OF SITUATIONAL TASKS IN THE DISCIPLINE "PHYSICAL AND COLLOIDAL CHEMISTRY" IN THE PROFESSIONAL TRAINING OF STUDENTS OF THE FACULTY OF PHARMACY
Telenkova O. G, Farashchuk N.F., Markova E. O.
Smolensk State Medical University, 214019, 28, Krupskoy St., Smolensk, Russia
Summary: The article reveals the structure of modular training of the discipline "Physical and colloidal chemistry" for students of the faculty ofpharmacy and the importance of situational tasks in the formation of professional competencies.
Key words: modular training, situational tasks, "Physical and colloidal chemistry"
Введение
Фундаментальное химическое образование является базовой основой подготовки специалистов на фармацевтическом факультете. Специалист с фармацевтическим образованием, как правило, хорошо осведомлен как в области медицины, так и в области химии, особенно, конечно же, химии лекарственных веществ. Недаром при подготовке будущих провизоров на фармацевтических факультетах студентами изучается около 10 химических дисциплин, начиная с общей и неорганической химии и заканчивая токсикологической химией [5].
Цель работы - представить опыт работы кафедры общей и медицинской химии Смоленского государственного медицинского университета в области модульного обучения дисциплине «Физическая и коллоидная химия» студентами фармацевтического факультета.
Методы, используемые в работе - для достижения цели исследования использовались методы теоретического и логического анализа и обобщения с целью определения содержания ситуационных задач, применяемых во время модульного обучения.
Результаты и обсуждение
Физическая и коллоидная химия является дисциплиной, которую студенты фармацевтического факультета начинают изучать уже на первом курсе во втором семестре. Дисциплина сложная и стоит на стыке химии, физики и математики. Базируется она на теоретических знаниях и практических навыках «Общей и неорганической химии» и уже на основе курса физической и коллоидной химии формируются знания последующих дисциплин: аналитическая, биологическая, токсикологическая, фармацевтическая химии, промышленная и аптечная технологии лекарственных средств, фармакология, физиология и т.п. Рабочая программа по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» разработана на основе компетентностного подхода и согласована кафедрой с рабочими программами выше перечисленных дисциплин [3].
При изучении дисциплины «Физическая и коллоидная химия» нами используется технология модульного обучения, отличительная особенность которого определяется такими общеизвестными параметрами, как его цели и содержание, формы и методы, способы взаимосвязанной деятельности преподавателя и студента. Применение модульной технологии позволяет развивать самостоятельность, планировать и контролировать освоение дисциплины и произвести самооценку. Принципиальное отличие модульного обучения от других форм состоит в том, что материал разбивается на отдельные модули (блоки), каждый из которых является не только источником информации, но и методом для ее усвоения [1]. Сущность метода состоит в том, что он позволяет систематизировать материал и отразить в каждом модуле общность теории и практики: изучаемый теоретический материал подкрепляется выполняемыми студентами учебно-исследовательскими работами (лабораторными работами). Кроме того, модуль включает комплект расчётных ситуационных задач, содержащих элементы профессиональной направленности. Самостоятельное решение ситуационных задач, содержащих элементы расчётов учебно-исследовательской работы студента, при подготовке к занятиям значительно облегчает в дальнейшем оформление и защиту УИР [1,2].
Содержание дисциплины «Физическая и коллоидная химия» представлено нами в виде восьми модулей [3]. Для каждого модуля подобран лабораторный практикум (УИРС) и набор задач, связывающих теоретические знания с практическим применением. Приведем некоторые примеры используемых нами задач конкретно для каждого модуля [4].
Модуль 1: «Основы термодинамики и термохимии». Химическая термодинамика изучает возможности и направления протекания химических процессов и энергетические соотношения при этих процессах. Отвечает на вопросы, когда и при каких условиях возможен данный химический процесс, до каких пор он может идти, нужна ли для его протекания энергия или она будет выделяться. Поэтому термодинамика имеет колоссальное значение при осуществлении химического и биологического синтеза при изготовлении лекарственных препаратов. Она так же является теоретической базой биоэнергетики - науки, изучающей закономерности накопления, хранения и использования энергии живыми системами. Закон Гесса позволяет рассчитать количество энергии, выделяющееся при окислении различных пищевых продуктов в организме. Это дает возможность составить баланс рационального питания людей в соответствии с их возрастом и трудовой деятельностью. Для математического подтверждения данного постулата студентам предлагается решить, например, следующую задачу:
Задача № 1. Рассчитайте калорийность 100 г глюкозы в килоджоулях и килокалориях, считая конечными продуктами СО2(г) и ШО(ж), если для СбН12Об(т), О2(г), СО2(г), ШО(ж), изменение энтальпии их образования при стандартных условиях соответственно равны: -1260; 0; -393,5; -286 кДж/моль.
Биохимические процессы, протекающие в организме человека можно проиллюстрировать, например, при решении задачи 2.
Задача № 2. Фермент фосфороглюкомутаза катализирует взаимопревращения глюкозо-1-фосфат и глюкозо-6-фосфат. При 380С равновесная смесь содержит 5,4% глюкозо-1-фосфат. Рассчитать константу равновесия и изменение стандартной свободной энергии для данной реакции.
Модуль 2: «Жидкие бинарные системы». Этот модуль включает в себя фазовые диаграммы, построение которых позволяет избежать несовместимости лекарственных средств, увеличить биологическую доступность малорастворимых лекарственных веществ. В ряде случаев диаграммы состояния лекарственных смесей помогают приготовить лекарственную форму. Практическое применение данного материала раскрывает, например, следующая задача:
Задача № 1. В качестве основы для приготовления суппозиториев с новокаином было использовано 200 г расплава, содержащего 80% парафина и 20% метилстеарата. При
охлаждении до момента образования эвтектики при температуре 309К выкристаллизовалось 80 г парафина. Определите состав эвтектики [2].
Биологические жидкости организма человека (внутриклеточные и внеклеточные) представляют собой растворы, содержащие электролиты. Электролит - вещество, распадающееся при растворении на ионы. Определенный ионный состав жидкостей необходим для поддержания многих жизненных процессов. Например, функция некоторых ферментов оптимальна только в условиях определенной концентрации ионов и величины рН. Эффект многих гормонов осуществляется благодаря изменению проницаемости клеточной мембраны для некоторых ионов. Ионный состав внутри клетки значительно отличается от ионного состава внеклеточной жидкости. Электролиты выполняют в организме следующие функции: отвечают за осмомолярность жидкостей тела, образуют биоэлектрический потенциал, катализируют процессы обмена веществ, определяют рН жидкостей тела и т.д. Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Возникающим при этом осмотическим давлением обеспечивается упругость клеток (тургор), эластичность тканей, водно-солевой обмен и др. Лекарственные средства, вводимые парентерально, должны быть изотоничны плазме крови. Исходя из этого, студентам предлагается решить следующую задачу.
Задача № 2. Осмотическое давление плазмы крови человека при 370С составляет 773 кПа. Какое количество глюкозы (по массе) следует взять для приготовления 0,5 л раствора, изотоничного крови.
В процессе метаболизма в нашем организме выделяется много кислот - соляная, пировиноградная, молочная. Но в организме строго сохраняется рН. Постоянство рН биологических сред поддерживается не только с помощью физиологических механизмов (легочная и почечная компенсации), но и с помощью физико-химического буферного действия, ионного обмена и диффузии. Поддержание на заданном уровне кислотно-основного равновесия обеспечивается на молекулярном уровне действием буферных систем. Буферные растворы используют в работе клинических лабораторий, при фармацевтическом анализе и в научных исследованиях. Это обусловлено тем, что исследуемые объекты -клетки, ферменты, лекарственные вещества функционируют в организме при постоянном рН среды. Поэтому необходимо в этих исследованиях использовать растворы, которые бы поддерживали кислотно-основное равновесие. Применение буферных растворов можно рассмотреть на примере следующей задачи.
Задача № 3. На титрование 5 мл сыворотки (рН = 7,4) пошло 3,5 мл Сl/z(NaOH) = 0,1. При этом рН сыворотки стало 8,5. Рассчитать буферную емкость сыворотки крови по отношению к щелочи.
Модуль 3: «Основы электрохимии». Электрохимия представляет собой раздел физической химии, изучающий превращение химической энергии в электрическую, и наоборот. Электрохимические явления, протекающие в человеческом организме, представляют чрезвычайно интересную и еще недостаточно исследованную область. Известно, что движение скелетных мышц, сокращение сердца, возбуждение и торможение клеток центральной нервной системы, распространение импульсов по нервам сопровождаются электрическими явлениями. Возникают электрические потенциалы, «токи действия», которые можно обнаружить и измерить специальной аппаратурой. Широко используются приборы, которые записывают эти токи в целях диагностики некоторых заболеваний сердца, головного мозга и мышц - электрокардиографы, электроэнцефалографы и электромиографы. Биологические ткани и жидкости содержат значительное количество электролитов и обладают довольно высокой электропроводностью. Основываясь на этом, в физиотерапии успешно применяют ионофорез, т.е. введение лекарств в виде ионов с поверхности кожи и слизистых, к которым прикладывают соответствующие электроды.
Задача № 1. Сопротивление сыворотки крови при 250С составляет 100 Ом. Найти удельную электропроводность сыворотки крови.
Задача № 2. Найти рН желудочного сока, в котором потенциал водородного электрода составляет -0,201В.
Модуль 4: «Химическая кинетика и катализ». Химическая кинетика экспериментально и теоретически исследует фактические скорости химических реакций, их зависимость от различных факторов, тем самым дополняет термодинамику и позволяет определять пути реализации возможности самопроизвольного протекания химических превращений. Уравнения химической кинетики служат основой для расчетов технологических процессов и обработки результатов, полученных с помощью аппаратуры в фармацевтической промышленности. Поэтому химическая кинетика непосредственно связана с задачами фармацевтической технологии:
Задача № 1. Раскручивание спирали ДНК - реакция первого порядка с энергией активации 420 кДж/моль. При 370С константа скорости равна 4,9-10 мин-1. Рассчитайте период полупревращения ДНК при 370С и 400С.
Задача № 2. Гидролиз некоторого гормона - это реакция I порядка с константой скорости 0,125 лет-1. Чему станет равна концентрация 0,01 моль/л ратсвора гормона через 1 месяц?
Модуль 5: «Поверхностные явления». Любую разновидность хроматографии можно определить как физико-химический метод разделения смесей веществ, основанный на их распределении между двумя несмешивающимися фазами, одна из которых является неподвижной, а другая — подвижной. Развитие современных методов хроматографии сделало возможным получение так называемых метаболических профилей биосред - крови, мочи, слюны, выдыхаемого воздуха. В одном образце анализируются несколько сотен компонентов. Метаболические профили так же индивидуальны, как и отпечатки пальцев, но в отличие от папиллярных узоров хроматограмма метаболитов человеческого организма несет в себе массу медицинской информации - какие лекарства или продукты получал человек в последнее время, каким микроорганизмом вызвано его заболевание и многое другое. Обработку полученных экспериментальных данных хроматографического анализа отражает следующая задача, рекомендованная нами:
Задача № 1. Исправленное время удерживания пиридина при скорости газа-носителя 60 мл/мин составляет 14,8 с. На той же колонке расстояние от момента ввода пробы до выхода максимума пика тиофена равно 11 мм (расстояние удерживания несорбирующегося компонента 2 мм) на скорости диаграммной ленты 1,5 см/мин. Скорость газа-носителя составляла 20 мл/мин. Определить, какое вещество будет удерживаться сильнее.
Модуль 6: «Коллоидныерастворы». Большое количество физиологических процессов обеспечивается присутствием в организме человека коллоидных растворов. Нарушение коллоидной устойчивости приводит к формированию осадков и последующему развитию желчекаменной и мочекаменной болезней и кальцинозу. В основе процесса растворения тромбов лежит пептизация.
Коллоиды применялись для лечения различных заболеваний как человека, так и животных. Одним из важных показаний для применения коллоидов является реанимация в случае шока. Коллоиды имеют большое значение для поддержания объема жидкости в сосудах как на первой стадии реанимации, так и в течение продолжительного периода времени после их введения. При лечении людей коллоиды используют для возмещения кровопотери, а также для снижения вероятности передачи инфекционного заболевания при переливании крови. Коллоиды также рекомендуется применять для лечения пациентов с гипопротеинемией в целях восстановления и поддержания межполостного водного баланса.
Именно поэтому важно, чтоб студент умел составлять мицеллярные формулы, знал понятия устойчивости и коагуляции коллоидных растворов. Эти знания закрепляются на примере следующей задачи:
Задача № 1. Строение мицелл гидрофобных золей (покажите на примере золя берлинской лазури и напишите мицеллярную формулу).
Модуль 7: «Дисперсные системы. ВМС». Высокомолекулярные соединения широко при меняются в медицине и в фармации в качестве стабилизаторов суспензий и эмульсий (желатоза, производные целлюлозы и др.), солюбилизаторов (жиросахара), вспомогательных веществ в производстве таблеток (производные целлюлозы, крахмал, желатин, пектин и др.), оболочек для медицинских капсул (желатин), мазевых и суппозиторных основ (производные целлюлозы, коллаген, силиконы и др.), пролонгаторов. Предложенная ниже задача позволяет студентам понять технологию изготовления лекарств с применением ВМС.
Задача № 1. Изоэлектрическая точка пепсина желудочного сока находится при рН 2,0. Каков будет заряд макромолекулы фермента при помещении его в буферный раствор с рН 8,5?
База ситуационных задач по физической и коллоидной химии постоянно пополняется и обновляется как за счёт задач, появляющихся в соответствующих сборниках, так и за счёт авторских задач, составляемых сотрудниками кафедры. Заключение
Решение ситуационных задач при модульном обучении способствует пониманию студентами места и роли дисциплины «Физическая и коллоидная химия» при формирование профессиональных компетенций будущего провизора.
Литература
1. Асророва, М. У. Модульные технологии обучения в вузе / М. У. Асророва. — Текст : непосредственный // Актуальные задачи педагогики : материалы VII Междунар. науч. конф. (г. Чита, апрель 2016 г.). — Чита: Издательство Молодой ученый, 2016. — С. 154-156. — URL: https://moluch.ru/conf/ped/archive/189/10062/ (дата обращения: 01.10.2020).
2. Бедарик А. Е., Кунцевич З. С. Роль и место ситуационных задач по дисциплине «Физическая и коллоидная химия» в профессиональной подготовке студентов фармацевтического факультета // Вестник фармации №3 (77), 2017. С. 89-91
3. Рабочая программа учебной дисциплины «Физическая и коллоидная химия» для направления подготовки 33.05.01 «Фармация» / Утверждена 27.06.2019, Смоленск, 2019.
4. Учебно-методический комплекс по учебной дисциплине «Физическая и коллоидная химия» для направления подготовки 33.05.01 «Фармация» / Утверждена 27.06.2019, Смоленск, 2019. Составители: Фаращук Н.Ф., Федотова О.А.
5. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего образования по специальности 33.05.01 Фармация (уровень специалитета) /Утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 11 августа 2016 г. N 1037.
