I.A.tyulkov, O.V. Arkhangelskaya M.V. Pavlova
Sistem Persiapan Olimpiade Kimia
Kuliah 5–8
Universitas Pedagogis "Pertama September"
Igor Alexandrovich Tyulkov, Olga Valentinovna Arkhangelskaya, Maria Vyacheslavovna Pavlova
Materi kursus "Sistem persiapan Olimpiade Kimia": kuliah 5–8. - M .: Universitas Pedagogis "Pertama September", 2009. - 96 hal.
Alat bantu mengajar
Editor O.G. Blokhin
Tata letak komputer D.V. Kardanovsky
Ditandatangani untuk diterbitkan pada 17.06.2009.
Format 60×90/16. Jenis huruf "Times New Roman".
Pencetakan offset. Pech. l. 6.0 Sirkulasi 200 eksemplar. Nomor pesanan.
Universitas Pedagogis "Pertama September", st. Kyiv, 24, Moskow, 121165 http://edu.1september.ru
I.A. Tyulkov, 2008 O.V. Arkhangelskaya, 2008M.V. Pavlova, 2008
Universitas Pedagogis "Pertama September", 2008
Kuliah No. 1. Maksud dan tujuan utama gerakan Olimpiade dalam konteks pendidikan modern di Rusia. Sejarah kimia
1 siapa gerakan Olimpiade di Rusia. Sistem olimpiade kimia dan kompetisi kreatif di Rusia. Peran olimpiade kimia dalam pendidikan dan sains.
Kuliah No. 2. Metode persiapan dan penyelenggaraan Olimpiade di berbagai tingkatan. Penyelenggaraan Olimpiade Kimia: dari pro-
1 stogo ke kompleks. Tahap persiapan, utama dan akhir penyelenggaraan Olimpiade. Sistem aktor Olimpiade, peran mereka.(Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V.)
Kuliah No. 3. Dasar konseptual isi tugas olimpiade
dacha. Perkiraan program isi berbagai tahapan Olimpiade Kimia: batasan kaku atau pedoman persiapan?
1 Klasifikasi masalah Olimpiade. Tugas Olimpiade Kimia: dari panggung ke panggung, dari pariwisata.(Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V.)
Tes No. 1
Kuliah No.4
1 konversi. Klasifikasi masalah dengan skema transformasi. Taktik dan strategi untuk memecahkan masalah Olimpiade dengan "rantai-
kami." (Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)
Kuliah No. 5. Metode Penyelesaian Masalah Kimia Fisika (1)
2 dalam termokimia.Tugas menggunakan konsep "entropi" dan "energi
Gibbs". (Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)
Kuliah No. 6. Metode penyelesaian masalah kimia fisika (2).
Tugas tentang kesetimbangan kimia Tugas tentang kinetika (Tyulkov
2 I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)
Tes No. 2
Kuliah No. 7. Pendekatan metodologis untuk pelaksanaan eksperimen
2 tugas. Klasifikasi tugas putaran eksperimen. Keterampilan praktis yang diperlukan untuk keberhasilan pelaksanaan eksperimen
tugas-tugas mental.(Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)
Kuliah No. 8. Prinsip metodologis mempersiapkan anak sekolah untuk kolympiad. Penggunaan teknologi pedagogis modern dalam persiapan kolympiad dari berbagai tingkatan Taktik dan strategi untuk mempersiapkan dan berpartisipasi dalam olimpiade. organisasi
2 pekerjaan metodis guru pembimbing. Pendekatan metodis untuk menyusun tugas olimpiade.Olimpiade sebagai sarana untuk meningkatkan kualifikasi guru-mentor.Peran komunikasi internet dan media massa dalam pertukaran pengalaman pedagogis. (Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)
Pekerjaan akhir
Kuliah #5
Metode untuk memecahkan masalah dalam kimia fisik (1)
Masalah dalam termokimia
Setiap reaksi kimia disertai dengan penyerapan atau pelepasan energi (ΔЕ), energi ini biasa disebut "efek panas dari reaksi." Dalam bentuk yang disederhanakan, dapat dibayangkan bahwa perubahan energi terjadi karena fakta bahwa selama reaksi kimia, ikatan kimia dalam zat awal terputus (sementara energi diserap) dan ikatan kimia baru terbentuk dalam produk reaksi (sementara energi dilepaskan ke lingkungan eksternal). Jika energi yang dikeluarkan untuk memutuskan ikatan kimia lebih besar daripada energi yang dilepaskan selama pembentukan ikatan kimia baru, reaksi berlangsung dengan penyerapan energi, sebaliknya dengan pelepasan energi.
Energi yang menyertai reaksi kimia dapat mengambil berbagai bentuk.
Tabel 1 |
|
Jenis energi yang dilepaskan |
|
persamaan kimia |
Jenis energi |
NaOH (larutan) + HCl (larutan) = |
panas |
NaCl (larutan) + H2 O (l.) |
|
Mg (padat) + 1/2O2 (g) \u003d MgO (padat) |
Termal dan ringan |
Termal dan mekanis (produksi |
|
terjadi penurunan volume reaksi |
|
NH3 (g) + HCl (g) = NH4 Cl (padat) |
sistem onnoy: dari dua gas - |
ny zat ternyata padat |
|
substansi), lingkungan |
|
melakukan kerja pada sistem |
|
persamaan kimia |
Jenis energi |
||
Termal dan mekanis (asal- |
|||
Zn (padat) + 2HCl (larutan) = |
ada peningkatan volume sistem |
||
kita, karena berbentuk gas |
|||
ZnCl2 (larutan) + H2 (g) |
|||
substansi), sistem melakukan |
|||
bekerja pada lingkungan |
|||
Zn (padat) + Cu (larutan) = |
Listrik dan termal |
||
Zn (larutan) + Cu (padat) |
|||
Reaksi yang disertai pelepasan kalor ke lingkungan disebut eksotermis reaksi. Reaksi yang disertai dengan penyerapan kalor dari lingkungan disebut endotermik reaksi.
Joule (J) adalah satuan dasar untuk mengukur panas dalam Satuan Sistem Internasional (SI). Dalam karya-karya lama, kalori yang setara dengan 4,184 J juga ditemukan sebagai satuan pengukuran, saat ini disimpan sebagai unit off-sistem untuk membandingkan hasil karya modern dengan data eksperimental dan referensi yang terakumulasi selama ratusan tahun.
Persamaan reaksi kimia, di mana energi (biasanya termal) efek reaksi terhadap sejumlah zat (serta faktor-faktor lain di mana efek ini bergantung) ditunjukkan, disebut persamaan reaksi termokimia.
Ilmu yang mempelajari efek termal dari reaksi kimia disebut termokimia. Efek termal dari reaksi kimia adalah energi yang dilepaskan atau diserap selama reaksi kimia.
di bentuk panas (atau kerja mekanik, yang juga diubah)
di akhirnya menjadi energi panas).
Efek termal dari reaksi, diukur pada tekanan konstan, dilambangkan sebagai Q p , ( termokimia penunjukan) atau H p-tion (entalpi reaksi - termodinamika penamaan).
Q p \u003d - H p-tion.
Kuliah #5 |
|
Panas reaksi sama dengan entalpi reaksi ini, diambil terbalik |
|
Berikut ini, kita akan menggunakan notasi Q sebagai ganti |
|
maka Q p , karena hanya reaksi yang terjadi pada |
|
tekanan konstan |
|
eksotermik |
|
reaksi berlangsung |
|
pelepasan panas dari |
|
sistem di lingkungan |
|
lingkungan (Gbr. 1): |
|
Q > 0, H p-tion< 0. |
|
Misalnya, kesedihan- |
|
pertambangan batubara: |
|
Beras. 1. Entalpi sistem berkurang, |
C + O2 = CO2. |
energi dilepaskan dari sistem ke lingkungan |
endotermik |
H p-tion< 0 |
|
reaksi berlangsung |
|
penyerapan panas |
|
lingkungan iso sistem |
|
lingkungan (Gbr. 2): |
|
Q< 0, H р-ции > 0. |
|
Reaksi endotermik meliputi beberapa reaksi dekomposisi, misalnya:
Beras. 2. Entalpi sistem meningkat, sistem mengambil energi dari lingkungan luar, H p-tion > 0
CaCO3 = CaO + CO2,
semua reaksi interaksi nitrogen dengan oksigen, dll.
Metode untuk memecahkan masalah dalam kimia fisik (1)
Faktor-faktor yang mempengaruhi efek termal dari reaksi kimia:
1) sifat reaktan;
2) jumlah reaktan;
3) keadaan agregat zat;
4) modifikasi alotropik atau polimorfik zat. Dua faktor pertama, menurut kami, sudah jelas.
keadaan dan modifikasi alotropik diilustrasikan oleh contoh berikut.
1) Memperoleh senyawa dengan rumus H dari zat sederhana 2 O
di keadaan agregat yang berbeda (Gbr. 3).
Beras. 3. Diagram energi untuk memperoleh air dari zat sederhana:
H1 adalah entalpi reaksi pembentukan air dalam bentuk gas; H2 adalah entalpi reaksi pembentukan air cair; H3 adalah entalpi reaksi pembentukan air dalam bentuk kristal; H4 adalah entalpi penguapan (pengembunan) air; H5 adalah entalpi leleh (kristalisasi)
tion) air; 6 – entalpi sublimasi es
Kuliah #5 |
|||
Persamaan termokimia: |
|||
(g) + 1/2O2 |
(g) = H2 O (g) + 242 kJ; |
||
(g) + 1/2O2 |
(g.) = H2 O (l.) + 286 kJ; |
||
(g) + 1/2O2 |
(g.) \u003d H2 O (tv.) + 292 kJ. |
||
Data yang diberikan dengan jelas menunjukkan pengaruh keadaan agregasi pada efek termal reaksi:
Q1< Q 2 < Q 3.
2) Pembakaran grafit dan intan, akibatnya salah satunya
dan zat yang sama adalah karbon dioksida (Gbr. 4).
Beras. 4. Diagram energi pembakaran grafit dan intan:
H1 adalah entalpi pembentukan CO2 (g), secara numerik sama dengan entalpi pembakaran grafit; H2 adalah entalpi pembakaran intan (tidak sama dengan entalpi pembentukan CO2 (g), karena keadaan standar karbon bukanlah intan, tetapi grafit); H3 adalah entalpi
fase transisigrafit-berlian
Persamaan termokimia:
C (alm.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 395 kJ;
C (gr.) + O2 (g.) = O2 (g.) + 393 kJ.
Metode untuk memecahkan masalah dalam kimia fisik (1)
ingat lagi bahwa –∆ H p-tion = Q.
Entalpi pembentukan standar suatu zat (∆H arr) adalah entalpi reaksi pembentukan 1 mol zat dari zat sederhana dalam keadaan standar dalam kondisi standar (tekanan 101.325 Pa, suhu 298 K). Semua zat berada dalam keadaan paling stabil dalam kondisi standar. Misalnya, untuk oksigen, hidrogen, nitrogen, keadaan stabil seperti itu adalah gas, untuk karbon itu adalah grafit, untuk belerang itu adalah modifikasi belah ketupat, untuk air itu adalah keadaan cair, untuk sebagian besar garam itu adalah keadaan kristal padat, dll.
Entalpi pembentukan zat sederhana dalam keadaan standar dalam kondisi standar adalah nol.
Jika H arr suatu zat kurang dari nol, ini berarti energi dilepaskan selama pembentukan zat ini. Oleh karena itu, energi harus dikeluarkan untuk menghancurkan senyawa ini. Semakin banyak energi yang dilepaskan selama pembentukan suatu zat, semakin stabil secara termodinamika, sebagai suatu peraturan.
Entalpi pembentukan banyak zat diberikan dalam buku referensi khusus.
Entalpi pembakaran standar suatu zat adalah entalpi reaksi pembakaran ( H bakar ) 1 mol zat dalam gas oksigen pada p (O2 ) = 1 batang. Nilai kalor hidrokarbon, kecuali dinyatakan lain, sesuai dengan oksidasi karbon menjadi CO 2 (g.), hidrogen menjadi H 2 Ah (f.). Untuk zat lain, biasanya untuk menunjukkan produk yang dihasilkan dalam setiap kasus. Misalnya, persamaan termokimia berikut dapat ditulis:
CH3 OH (l.) + 1.5O2 (g.) \u003d CO2 (g.) + 2H2 O (l.) + 726 kJ;
C2 H5 Cl (g.) + 3O2 (g.) = 2CO2 (g.) + HCl (g.) +
2H2 O (l.) + 685 kJ;
FeS(padat) + 1,75O2 (g) = 0,5Fe2 O3 (padat) + SO2 (g) + 828 kJ;
CH3 NH2 (g.) + 2.25O2 (g.) = CO2 (g.) + 2.5H2 O (l.) + + 0.5N2 (g.) + 1768.5 kJ.
Kuliah #5 |
|
Kami tekankan sekali lagi bahwa entalpi pembakaran metanol, kloroetan, besi(II) sulfida dan metilamin masing-masing adalah -726, -685, -828, -1768,5 kJ.
Biasanya, anak sekolah dan bahkan siswa belajar dengan susah payah definisi entalpi pembentukan dan pembakaran zat. Untuk menghilangkan penghalang ini, akan berguna untuk merujuk ke algoritma untuk membangun a
leniya Misalnya, ketika mendefinisikan entalpi pembentukan standar suatu zat jawablah pertanyaan utama berikut.
1) Entalpi reaksi apa?
(Reaksi pembentukan kimia.)
2) Berapa banyak zat yang harus terbentuk selama reaksi ini?
3) Terbuat dari apakah bahan tersebut?
(Dari zat sederhana.)
4) Dalam keadaan apa bahan awal harus diambil?
(Dalam keadaan standar.)
5) Dalam kondisi apa reaksi harus berlangsung?
(Dalam kondisi standar.)
Jawaban yang konsisten atas pertanyaan yang diajukan menambah definisi. Entalpi pembentukan standar suatu zat (∆ H arr) adalah entalpi reaksi kimia pembentukan 1 mol zat dari zat sederhana yang diambil dalam keadaan standar dalam kondisi standar. Demikian pula, definisi entalpi reaksi pembakaran suatu zat, fase atau transisi alotropik, pembentukan ikatan kimia, dll., "dibangun".
Pilih persamaan reaksi, yang entalpinya akan sama dengan entalpi pembentukan standar tembaga(II) sulfit (CuSO3 ):
a) Cu (di.) + S (di.) + 3O (di.) \u003d CuSO3 (padat); b) CuO (padat) + SO2 (g) = CuSO3 (padat);
c) Cu (padat) + S (belah ketupat) + 1,5O2 (g) = CuSO3 (padat); d) 2Cu (padat) + 2S (belah ketupat) + 3O2 (g) \u003d 2CuSO3 (padat).
- Lunin Valery Vasilievich(Ketua) - Profesor, Dekan Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia
- Arkhangelskaya Olga Valentinovna ( Wakil Ketua) - Profesor Madya Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu kimia
- Eremin Vadim Vladimirovich
- Tyulkov Igor Alexandrovich- Profesor Madya Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu pedagogis
- Terenin Vladimir Ilyich- Profesor Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, Doktor Ilmu Kimia
- Zhirov Alexander Ivanovich
- Lebedeva Olga Konstantinovna- Profesor Madya Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu kimia
- Reshetova Marina Dmitrievna- Peneliti Senior, Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu kimia
- Trushkov Igor Viktorovich- Profesor Madya Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu kimia
- Bacheva Anna Vladimirovna- Profesor Madya Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu kimia
- Gladilin Alexander Kirillovich- Profesor Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, Doktor Ilmu Kimia
- Emelyanov Vyacheslav Alekseevich- Peneliti Senior, Wakil Dekan Fakultas Kimia, Universitas Negeri Novosibirsk, Kandidat Ilmu Kimia
- Zlotnikov Eduard Grigorievich- Associate Professor Fakultas Kimia Universitas Pedagogis Negeri Rusia. A.I. Herzen, Kandidat Ilmu Kimia
- Kosmynin Vasily Vasilievich- Associate Professor Fakultas Kimia, Universitas Negeri Belgorod, Kandidat Ilmu Kimia
- Leenson Ilya Abramovich- Profesor Madya Fakultas Kimia, Universitas Negeri Moskow. M.V. Lomonosov, kandidat ilmu kimia
- Medvedev Yuri Nikolaevich- Associate Professor, Wakil Dekan Fakultas Kimia, Universitas Negeri Pedagogis Moskow, Kandidat Ilmu Kimia
- Reutov Vladimir Alekseevich- Profesor, Kepala Departemen Teknologi Kimia, Fakultas Kimia, Universitas Negeri Timur Jauh, Doktor Ilmu Kimia
- Samorukova Olga Leonidovna- Associate Professor dari Universitas Teknologi Kimia Rusia. DI. Mendeleev, kandidat ilmu kimia (sesuai kesepakatan)
480 gosok. | 150 UAH | $7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Tesis - 480 rubel, pengiriman 10 menit 24 jam sehari, tujuh hari seminggu dan hari libur
240 gosok. | 75 UAH | $3,75 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Abstrak - 240 rubel, pengiriman 1-3 jam, dari 10-19 (waktu Moskow), kecuali hari Minggu
Tyulkov Igor Alexandrovich. Mempelajari mata kuliah kimia umum berbasis termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem : Dis. ... cand. ped. Sains: 13.00.02: Moskow, 2001 177 hal. RSL OD, 61:02-13/833-6
pengantar
Bab 1. Mata kuliah kimia umum dalam sistem pendidikan kimia sekolah tinggi dan menengah.
1.1 Analisis isi mata kuliah kimia umum yang dipelajari di universitas dan sekolah menengah 8
1.2. Termodinamika kimia dalam mata kuliah kimia umum 19
1.3. Metode pengajaran kimia umum di universitas 24
1.4. Seminar dalam sistem pengajaran kimia umum mahasiswa. Pendekatan metodologis untuk mengadakan seminar kimia umum di universitas dan pembenarannya 29
1.5. Peran komputer dalam proses pendidikan pada seminar dalam pengajaran kimia umum 34
1.6. Pengendalian dan Diagnostik Hasil Belajar Mahasiswa pada Seminar...39 Bab 2. Pembentukan Konsep Mahasiswa Pengajaran Kimia Umum pada Seminar Berbasis Termodinamika Kimia Sebagai Faktor Pembentuk Sistem 46
2.1. 46
2.2. Pembangunan seminar kimia umum berbasis termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem 49
bagian 3
3.1 Menyelenggarakan seminar termodinamika kimia dengan berbagai metode 57
3.2 Metodologi untuk mengevaluasi efektivitas seminar tentang termodinamika kimia
3.3 Membandingkan hasil dari tiga opsi pelatihan 65
3.5. Kajian metodologi penyelenggaraan seminar kimia umum berbasis termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem 69
3.6. Hasil kajian efektivitas penyelenggaraan seminar kimia umum berbasis termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem dan pembahasan hasil 73
Sastra 94
Aplikasi 108
Lampiran 1. Isi termodinamika kimia dalam program dalam kimia umum Lampiran 2. Hubungan interdisipliner diidentifikasi dalam analisis program dalam kimia umum 111
Lampiran 3. Uji termodinamika kimia 112
Lampiran 4. Rencana Seminar 144
Lampiran 5. Hasil pelaksanaan tugas penelitian pemastian tahun 1998/1999
dan tahun ajaran 1999/2000 148
Lampiran 6. Contoh Tugas Kolokium dan Hasil Tugas Kolokium Mahasiswa Fakultas Geografi, Fakultas Geologi dan Fakultas Kedokteran Fundamental Universitas Negeri Moskow 153
Lampiran 7. Hasil tugas akhir mahasiswa fakultas geografi, geologi dan fakultas kedokteran dasar Universitas Negeri Moskow 170
Pengenalan pekerjaan
Pendidikan tinggi ditujukan untuk melatih spesialis dengan profil luas, yang mampu mencari dan memperoleh pengetahuan baru secara kreatif. Tujuan utama pengajaran kimia umum adalah:
Penciptaan dasar yang kuat dari pengetahuan teoretis dalam kimia umum yang diperlukan untuk keberhasilan studi disiplin kimia lain yang disediakan oleh kurikulum spesialisasi yang relevan (fisika, analitik, koloid, kimia organik, dll.), serta sejumlah akademik disiplin ilmu yang berhubungan dengan kimia (hidrologi, meteorologi, kristalografi, ekologi, biokimia, biofisika, dll)
Pembentukan teknik berpikir ilmiah bagi siswa untuk mengisi dan menerapkan pengetahuan dalam memecahkan masalah penelitian.
Dalam praktik mengajar saat ini, mata kuliah seminar kimia umum dibangun secara linier. Dalam kursus terstruktur serupa, topik individu membentuk urutan topik yang berkesinambungan (termodinamika kimia, kinetika, kesetimbangan dalam larutan non-elektrolit dan elektrolit, dll.), yang dikerjakan satu kali selama pelatihan. Dengan struktur penyajian seperti itu, pengetahuan yang tidak diperoleh dengan baik oleh siswa pada seminar sebelumnya tidak dapat sepenuhnya digunakan dalam mempelajari topik berikutnya, yang berarti bahwa efektivitas pelatihan berkurang. Dalam mempelajari setiap topik berikutnya, siswa harus secara aktif memanfaatkan pengetahuan yang diperoleh sebelumnya. Namun hal tersebut tidak terjadi karena alasan yang telah dijelaskan di atas, dan juga karena rendahnya motivasi mahasiswa untuk mempelajari mata kuliah kimia umum. Peran negatif juga dimainkan oleh rendahnya keterhubungan topik-topik seminar. Seringkali urutan topik ditentukan secara historis atau dipilih secara sewenang-wenang oleh universitas.Guru sering tidak menjelaskan kepada siswa tujuan belajar kimia di departemen ilmu alam dan tidak menunjukkan prospek belajar kimia. Hubungan interdisipliner antara kimia dan mata pelajaran yang dipelajari oleh siswa di fakultas atau aliran mereka tidak terungkap. Akibatnya, pengetahuan siswa tentang kimia memperoleh karakter formal. Ini dimanifestasikan dalam kenyataan bahwa:
Pengetahuan dibentuk dengan menghafal materi tanpa memahami penerapannya.
niya.
Tidak ada korelasi antara pengetahuan yang diperoleh dengan ide-ide sebelumnya dan
konsep (yang disebut isolasi pengetahuan diamati).
Dengan demikian, yang utama masalah penelitian terletak pada formalitas pengetahuan kimia umum di kalangan mahasiswa non kimia spesialisasi ilmu alam universitas. Konstruksi tradisional kursus seminar kimia umum dan metode yang digunakan dalam pengajaran tidak berkontribusi pada pembentukan pengetahuan yang sadar dan sistematis tentang kimia umum untuk studi kimia lebih lanjut di universitas.
4 Solusi untuk masalah ini terletak pada pengembangan pendekatan pengajaran kimia, berbasis
yaitu untuk memperkuat hubungan antara berbagai bagian kursus. Hal ini dimungkinkan bila menggunakan bagian dasar dari kursus kimia umum sebagai faktor tulang punggung. Di bawah faktor pembentuk sistem kami memahami sistem teori, hukum, dan konsep yang menghubungkan bagian-bagian menjadi satu kursus.
Termodinamika adalah salah satu bagian mendasar dari kursus kimia umum di universitas. Seringkali pelatihan siswa ilmu alam spesialisasi non-kimia dimulai dengan bagian ini. Perubahan energi adalah inti dari proses kimia, memungkinkan pemahaman yang lebih dalam tentang pola jalannya.
Tentang relevan Diusulkan untuk mengembangkan metodologi untuk mengadakan seminar kimia umum berdasarkan termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem.
Relevansinya karena:
perlunya menghilangkan formalisme pengetahuan kimia umum di kalangan mahasiswa jurusan ilmu alam universitas;
kondisi yang telah matang di perguruan tinggi untuk membangun mata kuliah kimia umum berdasarkan faktor pembentuk sistem;
perkembangan yang buruk dalam metodologi pengajaran kimia dari tugas membangun kursus seminar kimia umum berdasarkan faktor pembentuk sistem.
Ide utama pekerjaan adalah memikirkan kembali isi kursus seminar kimia umum dan mengembangkan pendekatan metodologis baru untuk mengajar kimia umum berdasarkan termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem.
Objek studi: proses pengajaran kimia umum di fakultas ilmu alam universitas.
Subjek studi: struktur mata kuliah kimia umum berdasarkan termodinamika sebagai faktor pembentuk sistem.
Target penelitian ini adalah untuk mengembangkan konstruksi isi dan organisasi pengajaran kimia umum kepada mahasiswa ilmu pengetahuan alam non-kimia spesialisasi universitas berbasis termodinamika kimia, sebagai faktor pembentuk sistem.
Dalam karya ini dikemukakan hipotesa, bahwa pembentukan landasan pengetahuan yang kokoh dalam termodinamika kimia, pembangunan sistem seminar kimia umum berbasis termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem, identifikasi hubungan bagian termodinamika kimia dengan bagian lain dari termodinamika kimia bagian dari kursus ini dan dengan disiplin ilmu alam lainnya, akan memungkinkan siswa untuk mewujudkan kimia umum sebagai sistem integral yang diarahkan pada:
* memperoleh pengetahuan yang sistematis dan sadar kimia umum;
pembentukan dasar pemikiran ilmiah.
Tujuan dan hipotesis ditentukan sebagai berikut: tujuan penelitian:
I. Melakukan studi yang memastikan:
a) menganalisis literatur pedagogis, metodologis, dan ilmiah tentang topik
mengikuti;
b) menganalisis kurikulum dan kurikulum yang digunakan di berbagai
fakultas;
c) mengidentifikasi tingkat pengetahuan awal siswa.
II. Kembangkan konsep yang masuk akal secara metodis untuk membangun kursus seminar
kelas pada kimia umum berdasarkan termodinamika kimia sebagai fakultas tulang punggung
Torah.
AKU AKU AKU. Kembangkan pendekatan metodologis untuk menyelenggarakan seminar tentang
kimia kubis:
a) mengembangkan sistem seminar kimia umum, yang dibangun atas dasar kimia
termodinamika sebagai faktor pembentuk sistem;
b) mengembangkan metodologi untuk mengadakan seminar tentang termodinamika kimia.
IV. Periksa efektivitas pendekatan metodologis yang diusulkan.
Keandalan dan validitas ketentuan dan kesimpulan ilmiah yang diberikan:
ketergantungan pada kesimpulan ilmu psikologi, didaktik umum dan khusus;
menggunakan berbagai metode penelitian yang memadai untuk tugas-tugasnya.
Metode penelitian berikut digunakan dalam pekerjaan: analisis literatur psikologis dan pedagogis tentang masalah penelitian, metode memastikan penelitian dan eksperimen formatif, pendekatan sistematis, metode penelitian pedagogis menggunakan tugas yang dirancang khusus untuk mendiagnosis pengetahuan yang terbentuk, pengujian, kualitatif dan kuantitatif analisis jawaban siswa, hasil penelitian pengolahan matematis dan interpretasi metodologisnya.
Penelitian dilakukan dalam beberapa tahap (1996 - 2000):
Sebuah studi memastikan, yang memungkinkan untuk secara teoritis mempelajari keadaan masalah yang diteliti, menentukan tujuan, subjek, tugas, hipotesis penelitian.
Tahap teori untuk pengembangan konsep gedung mata kuliah kimia umum berbasis termodinamika kimia sebagai tulang punggung faktor.
Tahap eksperimental untuk mengatur dan melakukan eksperimen pedagogis dalam rangka menguji efektivitas seminar tentang termodinamika kimia. Analisis dan interpretasi hasil dari tahap penelitian ini.
Tahap eksperimen untuk mengorganisasikan dan melakukan eksperimen pedagogis untuk menguji hipotesis kerja yang diajukan.
Tahap terakhir adalah analisis dan interpretasi hasil eksperimen pedagogis, generalisasi hasil seluruh studi, pembentukan kesimpulan ilmiah.
Kebaruan ilmiah:
Sebuah sistem baru mengajar siswa di seminar kimia umum telah dibuat, yang didasarkan pada termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem.
Satu set materi didaktik telah dibuat untuk dukungan metodologis dari kursus yang diusulkan (rencana seminar, program komputer pengujian pada termodinamika kimia, satu set tugas untuk pengantar, kontrol tengah semester dan akhir).
Signifikansi teoritis dari pekerjaan terdiri dalam menciptakan landasan metodologis dari kursus seminar kimia umum, dibangun atas dasar termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem. Perlunya membangun kursus berdasarkan pendekatan ini dibuktikan.
Signifikansi praktis dari pekerjaan: Pendekatan metodologi yang diusulkan untuk penciptaan dan penggunaan sistem seminar kimia umum memungkinkan untuk menerapkannya ketika mengajar kimia umum di universitas.
Keandalan hasil karena pilihan metode penelitian modern yang memadai, nilai positif dari indikator kinerja pendekatan yang dikembangkan untuk mengajar kimia umum.
Persetujuan dan implementasi hasil.
Hasil kajian dibahas pada:
VIII Pameran konferensi internasional "Teknologi informasi dalam pendidikan", Moskow, 1998;
Seminar ilmiah dan metodologis All-Rusia di Universitas Pedagogis Negeri Moskow. V.I. Lenin, 1998
konferensi ilmiah "Bacaan Lomonosov-99", Bagian "Masalah metodologis pendidikan seumur hidup", ayat "Kimia dan Ekologi", Moskow, 1999;
Konferensi ilmiah-praktis internasional "Meningkatkan pengajaran kimia di sekolah dan universitas", Irkutsk, 1999
Kongres Internasional "Ilmu Pengetahuan dan Pendidikan di Ambang Milenium III". Minsk, 2000
7 XLVIII Herzen readings (Konferensi ilmiah-praktis seluruh Rusia dengan partisipasi internasional "Masalah aktual pendidikan kimia-pedagogis dan kimia modern"), St. Petersburg, 2001 pertemuan laboratorium kimia IOSO RAO, 2001
pertemuan Departemen Kimia Anorganik dan Metode Pengajaran Kimia, Universitas Pedagogis Negeri Moskow. V.I. Lenin, 2001
Hasil penelitian digunakan dalam praktik Departemen Kimia Umum, Fakultas Kimia, Universitas Negeri Lomonosov Moskow. M.V. Lomonosov.
Struktur dan ruang lingkup disertasi. Karya ini terdiri dari pendahuluan, tiga bab, kesimpulan, daftar referensi dan aplikasi. Isinya diatur dalam 107 halaman. Teks lengkap disertasi terdiri dari 177 halaman. Karya tersebut mencakup 55 gambar, 17 tabel, 3 diagram. Daftar referensi berisi 229 judul, 23 di antaranya dalam bahasa asing. Lampiran berisi konten bagian "Termodinamika kimia" dalam berbagai program dalam kimia umum; koneksi interdisipliner terungkap dalam analisis program dalam kimia umum; teks lengkap pengujian termodinamika kimia, yang dikembangkan oleh penulis; hasil pemenuhan tugas siswa bagian kontrol pengetahuan siswa; opsi untuk tugas kolokium dan hasil implementasinya; hasil penyelesaian tugas tugas akhir.
Ketentuan berikut diajukan untuk pembelaan:
Penggunaan termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem memerlukan restrukturisasi isi seminar dan urutannya dalam pelajaran kimia umum.
Pembangunan seminar atas dasar termodinamika kimia sebagai tulang punggung faktor berkontribusi pada pembentukan dasar-dasar pemikiran ilmiah pada siswa, serta pengetahuan sistemik dan sadar kimia umum.
Analisis isi mata kuliah kimia umum yang dipelajari di universitas dan sekolah menengah
Sebagian besar buku teks universitas berfokus pada sistem konsep tentang materi. Dalam buku teks ini, bagian "struktur atom", "ikatan kimia", "hukum periodik D. I. Mendeleev" dikeluarkan di awal.
Perlu dicatat bahwa urutan penyajian bahkan ketiga bagian kimia umum ini berbeda untuk penulis yang berbeda. Jadi dalam buku teks, urutan penyajiannya adalah sebagai berikut: struktur atom adalah hukum periodik dan sistem periodik unsur adalah ikatan kimia. Dalam sejumlah manual lain, urutan ini berbeda: hukum periodik dan sistem periodik unsur - struktur atom - ikatan kimia.
Analisis konstruksi mata kuliah yang berfokus pada sistem konsep materi menunjukkan bahwa sejumlah besar mata kuliah memiliki kesamaan konstruksi dalam urutan berikut: struktur atom - ikatan kimia - deskripsi sifat-sifat unsur kimia dan senyawanya. Konstruksi seperti itu, tampaknya, disatukan oleh gagasan yang dengan jelas diungkapkan oleh Ya. A. Ugai: “Gagasan tentang hubungan antara struktur kimia suatu zat ... dan sifat-sifatnya berjalan seperti benang merah melalui seluruh mata kuliah kimia anorganik. Dalam hal ini, perhatian khusus diberikan pada teori struktur kimia A. M. Butlerov dalam interpretasi modernnya, yang pada dasarnya adalah teori kimia umum... Pada akhirnya, tugas paling penting kimia... adalah dan tetap mengidentifikasi hubungan antara struktur kimia suatu zat, di satu sisi dan sifat-sifatnya di sisi lain.
Perlu dicatat bahwa O. M. Poltorak dan Yu. A. Pentin dalam karya-karya mereka cukup menunjukkan bahwa pencarian hubungan yang jelas antara struktur molekul dan sifat-sifat kimia suatu zat pasti akan gagal terlebih dahulu. Tanpa pengetahuan tentang dasar-dasar termodinamika dan kinetika kimia, mustahil untuk menarik kesimpulan tentang kemungkinan proses kimia, kedalaman dan kecepatannya. G.P. Luchinsky juga menegaskan gagasan ini: "Tingkat perkembangan ilmu kimia saat ini membutuhkan presentasi dari ilmu pengetahuan dari sudut pandang doktrin struktur materi dan termodinamika."
Jenis buku teks kedua difokuskan pada sistem konsep reaksi kimia, dan jumlahnya jauh lebih sedikit daripada buku teks jenis pertama. Dalam buku teks ini, studi tentang hukum jalannya reaksi kimia dikedepankan, yaitu. aspek termodinamika dan kinetik.
Dalam buku teks yang berbeda, urutan penyajian dasar-dasar termodinamika dan kinetika kimia berbeda. Dalam buku teks, penulis menempatkan termodinamika kimia pertama dan kinetika kedua. Dalam manual dan buku teks lain [11, 49, 183, 184, 222, 229], urutannya diusulkan: kinetika - termodinamika.
Selain itu, seperti disebutkan di atas, posisi topik-topik ini dalam kursus juga berbeda secara signifikan. Misalnya, dalam manual, topik yang disebutkan disajikan setelah struktur atom, sistem periodik, dan konsep ikatan kimia. Dalam buku teks, termodinamika dan kinetika dibahas jauh kemudian; mereka benar-benar mendahului deskripsi sifat kimia unsur dan senyawa.
Urutan penyajian topik praktis tidak ada penulis, kecuali OS. Zaitsev, B.V. Nekrasov, G.I. Novikov dan sejumlah lainnya, tidak dibuktikan, dan dalam buku teks yang ada ada berbagai macam urutan pengenalan mereka.
G. I. Novikov mengusulkan pembangunan buku teks berdasarkan "urutan langkah-langkah prinsip-prinsip teoritis kimia: stoikiometri, termokimia,
ergokimia (keseimbangan kimia dan dasar-dasar termodinamika kimia), kronokimia (dasar-dasar kinetika), awal studi tentang struktur materi (struktur atom, molekul, cairan, kristal dan senyawa dengan ikatan non-valen) .
B.V. Nekrasov membangun konten buku teks berdasarkan Hukum Berkala D. I. Mendeleev, Penulis mencatat bahwa "... Anda perlu melakukan segala yang mungkin tidak hanya untuk "menyatakan" kursus, tetapi untuk mengembangkannya secara logis, yaitu sangat penting ... ketika mempertimbangkan pertanyaan teoretis ... Konstruksi itu sendiri pertama-tama harus memastikan kemungkinan penerapan logisnya.
Tempat khusus ditempati oleh buku teks "Kimia. Kursus singkat modern" oleh O. S. Zaitsev. Buku ini sebagian besar dirancang untuk studi independen tentang subjek, "tujuan buku ini adalah untuk mengembangkan pemikiran kimia siswa sehingga spesialis masa depan tidak hanya dapat secara mandiri memecahkan berbagai masalah kimia, tetapi juga mentransfer metode umum karya ilmiah ke pekerjaan. dalam spesialisasi mereka". Penulis menunjukkan bahwa pertimbangan keadaan materi dan reaksi kimia diberikan atas dasar teori dasar ilmu kimia modern dan keterkaitannya. Dasar logis dari kursus yang disebutkan adalah sistem pengetahuan tentang empat doktrin dasar: tentang arah proses kimia (termodinamika kimia) dan kecepatannya (kinetik), teori struktur materi dan periodisitas perubahan sifat-sifat zat. unsur dan senyawanya
Pemilihan materi termodinamika kimia untuk seminar mata kuliah kimia umum, dibangun atas dasar termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem
Pemilihan materi termodinamika kimia untuk seminar mata kuliah kimia umum, dibangun atas dasar termodinamika kimia sebagai faktor pembentuk sistem
Seperti ditunjukkan di atas (1.1), ketika membangun kursus kimia umum, urutan penyajian materi yang paling dapat diterima adalah sebagai berikut: termodinamika kimia (tanpa kesetimbangan kimia) - "kinetika kimia + kesetimbangan kimia - # larutan, kesetimbangan dalam larutan - struktur atom - ikatan kimia - hukum periodik D. I. Mendeleev. Termodinamika kimia merupakan bagian dasar dari mata kuliah kimia umum, sehingga seminar tentang termodinamika kimia merupakan salah satu yang pertama dalam berbagai mata kuliah kimia umum. Pengetahuan yang terbentuk pada seminar ini harus dianggap dasar. Studi lebih lanjut dari kursus kimia umum didasarkan pada mereka. Oleh karena itu, masalah yang mendesak adalah pemilihan kandungan termodinamika kimia, yang merupakan faktor tulang punggung untuk mata kuliah eksperimental seminar kimia umum.
Pemilihan materi termodinamika kimia untuk seminar kimia umum dilakukan dengan prinsip sebagai berikut:
Kesesuaian materi dengan tingkat sains modern;
Kemungkinan penggunaan materi oleh siswa dalam kegiatan ilmiah di masa depan;
Hubungan antara materi seminar dengan materi yang disajikan dalam buku teks dan manual yang direkomendasikan kepada siswa;
Menggunakan pengetahuan dari disiplin ilmu lain dalam ruang lingkup yang dipelajari selama ini;
Keterbatasan materi menurut kurikulum dan waktu belajar mata kuliah kimia umum;
Adanya keterkaitan antara materi seminar dan bagian lain dari mata kuliah kimia umum;
Adanya keterkaitan interdisipliner dengan disiplin lain.
Berdasarkan analisis isi bagian termodinamika kimia dalam program-program kimia umum dan literatur (pada 1.1 dan 1.2), bagian termodinamika kimia diwakili oleh sistem yang terdiri dari lima komponen yang disusun dalam urutan berikut (lihat Skema I ).
Sebagaimana dicatat dalam 1.2, bagian "Termodinamika kimia" memiliki hubungan dengan hampir semua bagian dari kursus kimia umum, seperti:
Kecepatan suatu reaksi kimia. Mekanisme reaksi kimia. Katalisis;
Solusi. Kesetimbangan dalam solusi;
proses redoks;
Dasar-dasar elektrokimia;
Ikatan kimia;
senyawa kompleks;
Sistem terdispersi;
Hukum periodik dan sistem periodik unsur kimia. Analisis program dalam kimia umum dan disiplin ilmu alam lainnya mengungkapkan bahwa bagian "Termodinamika Kimia" memiliki banyak hubungan interdisipliner (dengan biologi, geologi, kedokteran, ekologi dan disiplin ilmu lain yang dipelajari oleh mahasiswa ilmu alam) (lihat Lampiran 2, Tabel 12 ). Perlu dicatat bahwa dalam program kimia umum, integrasi interdisipliner tidak sepenuhnya terungkap.
Dalam pembentukan pengetahuan ilmiah yang sistematis, peran penting dimainkan tidak hanya oleh bahan pelajaran yang dipilih secara wajar, tetapi juga oleh urutan studinya, yang terutama ditentukan oleh tiga prinsip didaktik berikut: konsistensi, aksesibilitas, dan karakter ilmiah.
Menyelenggarakan seminar termodinamika kimia dengan berbagai metode
Agar mahasiswa dapat menggunakan pengetahuan termodinamika kimia, perlu untuk meletakkan pengetahuan yang lengkap dan mendalam tentang dasar-dasar termodinamika kimia dalam seminar pertama. Oleh karena itu, efektivitas menyelenggarakan seminar tentang termodinamika kimia diselidiki terlebih dahulu.
Pada tahun ajaran 1996/97 telah dilakukan penelitian tentang efektivitas penyelenggaraan seminar termodinamika kimia.
Kami membandingkan metode melakukan seminar tentang termodinamika. Eksperimen terdiri dari fakta bahwa tiga kelompok siswa (masing-masing 13 orang) mengadakan tiga jenis seminar: seminar konvensional (seminar dilakukan seperti yang diimplementasikan pada aliran) seminar komputer (pekerjaan individu siswa dengan komputer program pelatihan) seminar gabungan (kombinasi pekerjaan individu siswa dengan tutorial berbasis komputer, membahas masalah yang paling penting dan menjelaskan konsep yang sulit)
Tingkat awal pengetahuan mahasiswa diuji pada seminar pertama (menyatakan penelitian). Mereka diminta untuk menyelesaikan tugas berikut: Persamaan reaksi untuk pembakaran grafit dalam oksigen diberikan
1) Bagaimana reaksinya; exo atau endoterm?
2) Hitung massa grafit yang diperlukan untuk memperoleh panas sebesar 1179,3 kJ. Data kuantitatif pada pelaksanaan tugas yang diusulkan ditunjukkan pada gambar. 3. Persentase keberhasilan dalam menyelesaikan tugas diplot sepanjang sumbu y, yaitu. % tugas yang diselesaikan dengan benar dari jumlah total tugas, di sepanjang absis - jumlah pertanyaan tugas, yang memeriksa tingkat awal pengetahuan siswa. Berdasarkan data pada Gambar. 4, kita dapat mengatakan bahwa hanya 15% siswa di semua kelompok yang dapat mengkarakterisasi reaksi dengan efek termal dan dapat membuat perhitungan termokimia.
Dapat disimpulkan bahwa tingkat pengetahuan siswa dalam termodinamika kimia sebelum pelatihan hampir sama. Perlu dicatat bahwa pada saat mereka mulai mempelajari kimia umum, kebanyakan siswa tidak tahu bagaimana melakukan perhitungan termokimia dasar dan mengkarakterisasi reaksi dalam hal efek energi.
Dalam program dan kurikulum kimia umum, seminar "Dasar-dasar Termodinamika Kimia" adalah salah satu yang pertama. Ini meletakkan pengetahuan termodinamika, berdasarkan mana siswa dapat menghitung nilai AH, AS, AG dari proses kimia dan mengevaluasi kemungkinan mendasar dari proses kimia yang terjadi dalam kondisi tertentu.
Tujuan utama dari seminar ini adalah untuk meletakkan dasar pengetahuan yang kuat dalam termodinamika kimia, karena studi yang sukses dari kursus kimia umum tidak mungkin tanpa menyelesaikan masalah dasar termodinamika kimia:
Apa efek termal dari proses tersebut?
Mungkinkah proses berlangsung secara spontan, dan dalam kondisi apa?
Berapa kedalaman proses kimia?
Materi pendidikan yang sama dipilih untuk seminar, termasuk hukum dasar dan konsep termodinamika kimia.
Seminar dalam versi yang diterima secara umum diadakan sesuai dengan metodologi yang digunakan oleh sebagian besar profesor universitas untuk menjelaskan konsep dasar termodinamika. Dalam teknik ini, sebagian besar waktu dikhususkan untuk menjelaskan materi pendidikan oleh guru dan mengajar siswa keterampilan untuk memecahkan masalah khas. Pada awal pembelajaran dilakukan kerja frontal, namun memperbaharui pengetahuan yang diperoleh mahasiswa pada perkuliahan sebelumnya tentang termodinamika kimia. Kemudian guru memperkenalkan siswa pada konsep-konsep: sistem kimia, efek termal dari reaksi, proses dengan pelepasan dan penyerapan panas, kondisi standar dan normal, entalpi berbagai proses: pembentukan zat, pembentukan ikatan kimia, transisi fase dan pembakaran zat. Perhatian khusus diberikan untuk memecahkan masalah pada hukum Hess dan konsekuensinya. Selanjutnya, siswa berkenalan dengan konsep entropi, hukum termodinamika kedua dan ketiga, energi bebas dan energi Gibbs, kriteria untuk terjadinya proses kimia secara spontan. Siswa memecahkan masalah untuk menemukan nilai entropi dan energi bebas Gibbs dan menarik kesimpulan tentang kemungkinan mendasar dari proses kimia spontan.
Program pelatihan komputer yang dikembangkan oleh tim Departemen Kimia Umum Fakultas Kimia Universitas Negeri Moskow digunakan untuk mengadakan seminar tentang metode komputer. Mereka adalah alat invarian universal yang menggabungkan kemungkinan menggunakan dialog, bank data, informasi tekstual, perhitungan dan kontrol tes. Program bahan lembar alternatif dengan kontrol bertahap dari pengetahuan siswa. Mereka dibangun dalam mode dialog, yang memungkinkan umpan balik yang efektif dalam pelatihan dan koreksi tepat waktu dari pengetahuan kimia siswa. Siswa secara mandiri bekerja dengan program, oleh karena itu, ia mengontrol proses pembelajarannya sendiri dan menentukan kecepatan penguasaan materi yang nyaman baginya.
