I.A.tyulkov, O.V. Arkhangelskaya M.V. Pavlova

Sistema de Preparação para Olimpíada de Química

Aulas 5–8

Universidade Pedagógica "Primeiro de Setembro"

Igor Alexandrovich Tyulkov, Olga Valentinovna Arkhangelskaya, Maria Vyacheslavovna Pavlova

Materiais do curso "Sistema de preparação para Olimpíadas de Química": aulas 5–8. - M.: Universidade Pedagógica "Primeiro de Setembro", 2009. - 96 p.

Auxílio didático

Editor O. G. Blokhin

Layout do computador D.V. Kardanovsky

Assinado para publicação em 17.06.2009.

Formato 60×90/16. Tipo de letra "Times New Roman".

Impressão offset. Pech. eu. 6.0 Tiragem 200 exemplares. Nº do pedido

Universidade Pedagógica "Primeiro de Setembro", st. Kyiv, 24, Moscou, 121165 http://edu.1september.ru

I A. Tyulkov, 2008 O.V. Arkhangelskaya, 2008M.V. Pavlov, 2008

Universidade Pedagógica "Primeiro de Setembro", 2008

Palestra No. 1. As principais metas e objetivos do movimento olímpico no contexto da educação moderna na Rússia. História da química

1 quem o movimento Olimpíada na Rússia. O sistema de olimpíadas químicas e competições criativas na Rússia. O papel das olimpíadas de química na educação e na ciência.

Aula nº 2. Métodos de preparação e realização de Olimpíadas em vários níveis. Organização de Olimpíadas de Química: de pro-

1 stogo ao complexo. Etapas preparatórias, principais e finais da organização de olimpíadas. O sistema de atores da Olimpíada, seu papel.(Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V.)

Aula nº 3. A base conceitual do conteúdo das tarefas da Olimpíada

dachas. Programa aproximado do conteúdo das diversas etapas das Olimpíadas de Química: limites rígidos ou diretrizes de preparação?

1 Classificação de problemas olímpicos. Tarefas das Olimpíadas de Química: de etapa em etapa, do turismo.(Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V.)

Teste nº 1

Palestra nº 4

1 conversões. Classificação de problemas com esquemas de transformação. Táticas e estratégias para resolver problemas olímpicos com "cadeia

kami." (Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)

Aula No. 5. Métodos de resolução de problemas em físico-química (1).

2 em termoquímica. Tarefas usando os conceitos de "entropia" e "energia

gia Gibbs". (Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)

Aula No. 6. Métodos de resolução de problemas em físico-química (2).

Tarefas de equilíbrio químico Tarefas de cinética (Tyulkov

2 I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)

Teste nº 2

Aula nº 7. Abordagens metodológicas para a implementação de experimentos

2 tarefas. Classificação das tarefas da ronda experimental. As habilidades práticas necessárias para a implementação bem-sucedida do experimento

tarefas mentais.(Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)

Aula No. 8. Princípios metodológicos de preparação de escolares para kolympiads. A utilização de tecnologias pedagógicas modernas na preparação de olimpíadas de vários níveis Táticas e estratégia de preparação e participação em olimpíadas. Organizacional

2 trabalho metódico professor mentor. Abordagens metódicas para a compilação de tarefas olímpicas Olimpíadas como meio de melhorar a qualificação de professores-orientadores O papel da comunicação pela Internet e dos meios de comunicação de massa na troca de experiências pedagógicas. (Tyulkov I.A., Arkhangelskaya O.V., Pavlova M.V.)

Trabalho final

Aula nº 5

Métodos para resolver problemas em físico-química(1)

Problemas em termoquímica

Qualquer reação química é acompanhada pela absorção ou liberação de energia (ΔЕ), essa energia é comumente chamada de “efeito térmico da reação”. Na reação química, as ligações químicas nas substâncias iniciais são quebradas (enquanto a energia é absorvida) e novas ligações químicas são formadas nos produtos da reação (enquanto a energia é liberada no ambiente externo). Se a energia gasta na quebra de ligações químicas for maior que a energia liberada durante a formação de novas ligações químicas, a reação prossegue com a absorção de energia, no caso contrário, com a liberação de energia.

A energia que acompanha as reações químicas pode assumir várias formas.

	tabela 1
Tipos de energia liberada
equação química	Tipo de energia
NaOH (solução) + HCl (solução) =	Térmico
NaCl (solução) + H2O (l.)
Mg (sólido) + 1 / 2O2 (g) \u003d MgO (sólido)	Térmico e leve
	Térmica e mecânica (produção
	há uma diminuição no volume da reação
NH3 (g) + HCl (g) = NH4Cl (sólido)	onnoysystem: de dois gases -
	qualquer substância fica sólido
	substância), ambiente
	fazendo trabalho no sistema

	equação química		Tipo de energia
			Térmica e mecânica (origem
	Zn (sólido) + 2HCl (solução) =		há um aumento no volume do sistema
			nós, porque gasoso
	ZnCl2 (solução) + H2 (g)
			substância), o sistema executa
			trabalhar no meio ambiente
	Zn (sólido) + Cu (solução) =		Elétrica e térmica
	Zn (solução) + Cu (sólido)

Uma reação acompanhada pela liberação de calor no ambiente é chamada de exotérmico reação. Uma reação acompanhada pela absorção de calor do ambiente é chamada endotérmico reação.

O joule (J) é a unidade básica para medir o calor no Sistema Internacional de Unidades (SI). Em trabalhos antigos, também se encontra como unidade de medida a caloria igual a 4,184 J. Atualmente, é preservada como unidade fora do sistema para comparar os resultados de trabalhos modernos com dados experimentais e de referência acumulados ao longo de centenas de anos.

A equação de uma reação química, na qual é indicado o efeito energético (geralmente térmico) de uma reação a uma certa quantidade de uma substância (assim como outros fatores dos quais esse efeito depende) é chamada equação de reação termoquímica.

A ciência que estuda os efeitos térmicos das reações químicas é chamada de termoquímica. O efeito térmico de uma reação química é a energia liberada ou absorvida durante uma reação química.

dentro a forma de calor (ou trabalho mecânico, que também é convertido

dentro finalmente em energia térmica).

O efeito térmico da reação, medido a pressão constante, é denotado como Q p , ( termoquímico designação) ou H p-tion (a entalpia da reação - termodinâmico designação).

Q p \u003d - H p-ção.

	Aula nº 5
O calor da reação é igual à entalpia desta reação, tomada inversamente
No que segue, usaremos a notação Q em vez de
então Q p , porque apenas reações que ocorrem em
	pressão constante
	Exotérmico
	reações acontecendo
	liberação de calor de
	sistemas no ambiente
	ambiente (Fig. 1):
	Q > 0, H p-ção< 0.
	Por exemplo, tristeza-
	mineração de carvão:
Arroz. 1. A entalpia do sistema diminui,	C + O2 = CO2.
energia é liberada do sistema para o ambiente	Endotérmico
ΔH p-ção< 0
	reações acontecendo
	absorção de calor
	sistema iso-ambiente
	ambiente (Fig. 2):
	Q< 0, H р-ции > 0.

As reações endotérmicas incluem algumas reações de decomposição, por exemplo:

Arroz. 2. A entalpia do sistema aumenta, o sistema recebe energia do ambiente externo, ΔH p-tion > 0

CaCO3 = CaO + CO2,

todas as reações de interação de nitrogênio com oxigênio, etc.

Métodos para resolver problemas em físico-química (1)

Fatores que afetam o efeito térmico de uma reação química:

1) a natureza dos reagentes;

2) a quantidade de reagentes;

3) estados agregados de substâncias;

4) modificações alotrópicas ou polimórficas de substâncias. Os dois primeiros fatores, em nossa opinião, são óbvios.

estados e modificações alotrópicas são ilustrados pelos seguintes exemplos.

1) Obtenção de compostos com a fórmula H a partir de substâncias simples 2O

dentro diferentes estados agregados (Fig. 3).

Arroz. 3. Diagrama de energia para obtenção de água a partir de substâncias simples:

∆H1 é a entalpia da reação de formação da água no estado gasoso; ∆H2 é a entalpia da reação de formação da água líquida; ∆H3 é a entalpia da reação de formação da água no estado cristalino; ∆H4 é a entalpia de evaporação (condensação) da água; ∆H5 é a entalpia de fusão (cristalização)

ção) água; ∆Н6 – entalpia de sublimação do gelo

			Aula nº 5
Equações termoquímicas:
	(g) + 1/2O2	(g) = H2O (g) + 242 kJ;
	(g) + 1/2O2	(g.) = H2O (l.) + 286 kJ;
	(g) + 1/2O2	(g.) \u003d H2O (tv.) + 292 kJ.

Os dados fornecidos mostram claramente a influência do estado de agregação no efeito térmico da reação:

Q1< Q 2 < Q 3.

2) A combustão de grafite e diamante, como resultado da qual um

e a mesma substância é o dióxido de carbono (Fig. 4).

Arroz. 4. Diagrama de energia de combustão de grafite e diamante:

∆H1 é a entalpia de formação do CO 2 (g), numericamente igual à entalpia de combustão do grafite; ∆H2 é a entalpia de combustão do diamante (diferente da entalpia de formação do CO 2 (g), pois o estado padrão do carbono não é diamante, mas grafite); ∆H3 é a entalpia

transição de fase grafite-diamante

Equações termoquímicas:

C (alm.) + O2 (g.) = CO2 (g.) + 395 kJ;

C (gr.) + O2 (g.) = СO2 (g.) + 393 kJ.

Métodos para resolver problemas em físico-química (1)

lembre-se novamente que –∆ H p-ções = Q.

A entalpia padrão de formação de uma substância (∆H arr) é a entalpia da reação de formação de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples no estado padrão sob condições padrão (pressão 101 325 Pa, temperatura 298 K). Todas as substâncias estão no estado mais estável sob condições padrão. Por exemplo, para oxigênio, hidrogênio, nitrogênio um estado tão estável é gasoso, para carbono é grafite, para enxofre é uma modificação rômbica, para água é um estado líquido, para a maioria dos sais é um estado sólido cristalino, etc.

A entalpia de formação de uma substância simples no estado padrão sob condições padrão é zero.

Se ∆ H arr de uma substância for menor que zero, isso significa que a energia foi liberada durante a formação dessa substância. Portanto, a energia deve ser gasta para destruir este composto. Quanto mais energia liberada durante a formação de uma substância, mais termodinamicamente estável ela é, via de regra.

As entalpias de formação de muitas substâncias são dadas em livros de referência especiais.

Entalpia padrão de combustão de uma substância é a entalpia da reação de combustão (∆H queimadura ) 1 mol de substância em oxigênio gasoso em p (O 2 ) = 1 barra. O poder calorífico de um hidrocarboneto, salvo indicação em contrário, corresponde à oxidação do carbono a CO 2 (g.), hidrogênio para H 2 Ah (f.). Para outras substâncias, costuma-se indicar os produtos resultantes em cada caso. Por exemplo, as seguintes equações termoquímicas podem ser escritas:

CH3OH (l.) + 1,5O2 (g.) \u003d CO2 (g.) + 2H2O (l.) + 726 kJ;

C2H5Cl (g.) + 3O2 (g.) = 2CO2 (g.) + HCl (g.) +

2H2O (l.) + 685 kJ;

FeS(sólido) + 1,75O2 (g) = 0,5Fe2O3 (sólido) + SO2 (g) + 828 kJ;

CH3NH2 (g.) + 2,25O2 (g.) = CO2 (g.) + 2,5H2O (l.) + + 0,5N2 (g.) + 1768,5 kJ.

	Aula nº 5

Ressaltamos mais uma vez que as entalpias de combustão do metanol, cloroetano, sulfeto de ferro(II) e metilamina são –726, –685, –828, –1768,5 kJ, respectivamente.

Normalmente, crianças em idade escolar e até mesmo estudantes aprendem com grande dificuldade as definições das entalpias de formação e combustão de substâncias. Para remover esta barreira, é útil consultar o algoritmo para construir um

leniya. Por exemplo, ao definir entalpia padrão de formação de uma substância responda as seguintes perguntas principais.

1) Entalpia de qual reação?

(Reação de formação química.)

2) Quanto da substância deve ser formada durante esta reação?

3) De que é feita essa substância?

(De substâncias simples.)

4) Em que estado devem ser levados os materiais de partida?

(Nos estados padrão.)

5) Em que condições a reação deve ocorrer?

(Em condições padrão.)

Respostas consistentes às questões colocadas somam uma definição. A entalpia padrão de formação de uma substância (∆ H arr) é a entalpia da reação química de formação de 1 mol de uma substância a partir de substâncias simples tomadas em estados padrão sob condições padrão. Da mesma forma, as definições da entalpia das reações de combustão de uma substância, fase ou transição alotrópica, formação de uma ligação química, etc., são “construídas”.

Escolha a equação da reação, cuja entalpia será igual à entalpia padrão de formação do sulfito de cobre(II) (CuSO3):

a) Cu (at.) + S (at.) + 3O (at.) \u003d CuSO3 (sólido); b) CuO (sólido) + SO2 (g) = CuSO3 (sólido);

c) Cu (sólido) + S (losango) + 1,5O2 (g) = CuSO3 (sólido); d) 2Cu (sólido) + 2S (losango) + 3O2 (g) \u003d 2CuSO3 (sólido).

• Lunin Valery Vasilievich(Presidente) - Professor, Reitor da Faculdade de Química da Universidade Estatal de Moscovo. M.V. Lomonosov, acadêmico da Academia Russa de Ciências
• Arkhangelskaya Olga Valentinovna ( Vice-Presidente) - Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Estatal de Moscovo. M.V. Lomonosov, candidato a ciências químicas
• Eremin Vadim Vladimirovich
• Tyulkov Igor Alexandrovich- Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, candidato a ciências pedagógicas
• Terenin Vladimir Ilich- Professor da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, Doutor em Ciências Químicas
• Zhirov Alexander Ivanovich
• Lebedeva Olga Konstantinovna- Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, candidato a ciências químicas
• Reshetova Marina Dmitrievna- Pesquisador Sênior, Faculdade de Química, Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, candidato a ciências químicas
• Trushkov Igor Viktorovich- Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, candidato a ciências químicas
• Bacheva Anna Vladimirovna- Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, candidato a ciências químicas
• Gladilin Alexander Kirilovich- Professor da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, Doutor em Ciências Químicas
• Emelyanov Vyacheslav Alekseevich- Pesquisador Sênior, Vice-Reitor da Faculdade de Química, Universidade Estadual de Novosibirsk, Candidato a Ciências Químicas
• Zlotnikov Eduard Grigorievich- Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Pedagógica do Estado Russo. IA Herzen, candidato a Ciências Químicas
• Kosminin Vasily Vasilievich- Professor Associado da Faculdade de Química, Universidade Estadual de Belgorod, Candidato a Ciências Químicas
• Leenson Ilya Abramovich- Professor Associado da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou. M.V. Lomonosov, candidato a ciências químicas
• Medvedev Yury Nikolaevich- Professor Associado, Vice-Reitor da Faculdade de Química, Universidade Estadual Pedagógica de Moscou, Candidato a Ciências Químicas
• Reutov Vladimir Alekseevich- Professor, Chefe do Departamento de Tecnologia Química, Faculdade de Química, Far Eastern State University, Doutor em Ciências Químicas
• Samorukova Olga Leonidovna- Professor Associado da Universidade Química-Tecnológica Russa. DI. Mendeleev, candidato a ciências químicas (conforme acordado)

480 esfregar. | 150 UAH | $ 7,5 ", MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Tese - 480 rublos, frete 10 minutos 24 horas por dia, sete dias por semana e feriados

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Tyulkov Igor Alexandrovich. Cursando um curso de química geral baseado na termodinâmica química como fator formador de sistemas: Dis. ... cândida. ped. Ciências: 13.00.02: Moscou, 2001 177 p. RSL OD, 61:02-13/833-6

Introdução

Capítulo 1. O curso de química geral no sistema de ensino de química das escolas superiores e secundárias.

1.1 Análise do conteúdo dos cursos de química geral cursados ​​em universidades e escolas secundárias 8

1.2. Termodinâmica química no curso de química geral 19

1.3. Métodos de ensino de química geral nas universidades 24

1.4. Seminário no sistema de ensino de alunos de química geral. Abordagens metodológicas para a realização de seminários de química geral na universidade e sua justificação 29

1.5. O papel do computador no processo educacional no seminário de ensino de química geral 34

1.6. Controle e diagnóstico dos resultados de aprendizagem dos alunos em seminários...39 Capítulo 2. Formação do conceito de ensino de química geral em seminários baseados na termodinâmica química como fator formador de sistemas 46

2.1. 46

2.2. Construção de seminários em química geral com base na termodinâmica química como fator formador de sistemas 49

Capítulo 3

3.1 Realização de um seminário sobre termodinâmica química usando vários métodos 57

3.2 Metodologia para avaliação da eficácia de um seminário sobre termodinâmica química

3.3 Comparando os resultados das três opções de treinamento 65

3.5. Estudo da metodologia para realização de seminários de química geral com base na termodinâmica química como fator formador de sistemas 69

3.6. Os resultados do estudo da eficácia da realização de seminários de química geral baseados em termodinâmica química como fator formador de sistemas e discussão dos resultados 73

Literatura 94

Aplicativos 108

Anexo 1. O conteúdo de termodinâmica química em programas de química geral Anexo 2. Relações interdisciplinares identificadas na análise de programas de química geral 111

Apêndice 3. Teste de termodinâmica química 112

Apêndice 4. Planos de Seminário 144

Anexo 5. Resultados do cumprimento das tarefas da pesquisa de apuração em 1998/1999

e anos lectivos 1999/2000 148

Anexo 6. Exemplos de trabalhos de colóquios e resultados de trabalhos de colóquios por alunos da Faculdade de Geografia, Faculdade de Geologia e Faculdade de Medicina Fundamental da Universidade Estadual de Moscou 153

Anexo 7. Os resultados das tarefas do trabalho final por alunos das faculdades de geografia, geologia e da faculdade de medicina fundamental da Universidade Estadual de Moscou 170

Introdução ao trabalho

O ensino superior destina-se à formação de especialistas de perfil amplo, capazes de constante busca criativa e aquisição de novos conhecimentos. Os principais objetivos do ensino de química geral são:

Criação de uma base sólida de conhecimentos teóricos em química geral necessários para o estudo bem sucedido de outras disciplinas químicas previstas no currículo das especializações relevantes (física, analítica, coloidal, química orgânica, etc.), bem como uma série de cursos acadêmicos disciplinas relacionadas à química (hidrologia, meteorologia, cristalografia, ecologia, bioquímica, biofísica, etc.)

Formação de métodos de pensamento científico dos alunos para reabastecer e aplicar o conhecimento na resolução de problemas de pesquisa.

Na prática docente atual, o curso de seminários de química geral é construído de forma linear. Em um curso de estrutura semelhante, os tópicos individuais formam uma sequência contínua de tópicos (termodinâmica química, cinética, equilíbrio em soluções de não eletrólitos e eletrólitos, etc.), que são trabalhados uma vez durante o treinamento. Com tal estrutura de apresentação, os conhecimentos não adquiridos adequadamente pelos alunos em seminários anteriores não podem ser plenamente utilizados no estudo de tópicos subsequentes, o que significa que a eficácia do treinamento diminui. No estudo de cada tópico subsequente, os alunos devem aproveitar ativamente os conhecimentos adquiridos anteriormente. No entanto, isso não acontece pelo motivo descrito acima, e também pela baixa motivação dos alunos para cursar o curso de química geral. Um papel negativo também é desempenhado pela baixa conectividade dos tópicos dos seminários. Muitas vezes a sequência de tópicos é estabelecida historicamente ou arbitrariamente escolhida pela universidade.Os professores muitas vezes não explicam aos alunos os objetivos de estudar química nos departamentos de ciências naturais e não mostram as perspectivas de estudar química. As conexões interdisciplinares entre química e disciplinas estudadas pelos alunos em suas faculdades ou fluxos não são reveladas. Como resultado, o conhecimento de química dos alunos adquire um caráter formal. Isso se manifesta no fato de que:

O conhecimento é formado pela memorização do material sem entender sua aplicação.
não.

Não há correlação do conhecimento adquirido com ideias anteriores e
conceitos (observa-se o chamado isolamento do conhecimento).

Assim, o principal problema a pesquisa está na formalidade do conhecimento em química geral entre estudantes de especialidades não químicas de ciências naturais das universidades. A construção tradicional de um curso de seminários de química geral e os métodos utilizados no ensino não contribuem para a formação de conhecimentos conscientes e sistemáticos de química geral para o aprofundamento da química na universidade.

4 A solução para este problema está no desenvolvimento de uma abordagem para o ensino de química, baseada

que é fortalecer as relações entre as várias seções do curso. Isso é possível ao usar a seção fundamental do curso de química geral como um fator de espinha dorsal. Debaixo fator formador do sistema entendemos o sistema de teorias, leis e conceitos que ligam as seções em um único curso.

A termodinâmica é uma das seções fundamentais do curso de química geral da universidade. Muitas vezes, o treinamento de estudantes de especialidades não químicas de ciências naturais começa com esta seção. As mudanças de energia são a essência interna dos processos químicos, permitindo uma compreensão mais profunda do padrão de seu curso.

Relativo relevante Propõe-se desenvolver uma metodologia para a realização de seminários de química geral baseada na termodinâmica química como fator formador de sistemas.

A relevância se deve a:

a necessidade de eliminar o formalismo do conhecimento em química geral entre os alunos das especialidades de ciências naturais das universidades;

condições amadurecidas no ensino superior para a construção de um curso de química geral baseado em um fator formador de sistemas;

fraco desenvolvimento na metodologia de ensino de química da tarefa de construir um curso de seminários em química geral baseado em um fator formador de sistemas.

ideia principal do trabalhoé repensar o conteúdo do curso de seminários de química geral e desenvolver uma nova abordagem metodológica para o ensino de química geral baseada na termodinâmica química como fator formador de sistemas.

Objeto de estudo: o processo de ensino de química geral nas faculdades de ciências naturais das universidades.

Objeto de estudo: a estrutura do curso de seminários de química geral baseados na termodinâmica como fator formador de sistemas.

Alvo deste estudo é desenvolver a construção do conteúdo e organização do ensino de química geral para estudantes de ciências naturais especialidades não químicas de universidades com base na termodinâmica química, como fator formador de sistemas.

Neste trabalho, foi proposto hipótese, que a formação de uma base sólida de conhecimento em termodinâmica química, a construção de um sistema de seminários em química geral baseado na termodinâmica química como fator formador de sistemas, a identificação da relação da seção de termodinâmica química com o restante do seções deste curso e com outras disciplinas de ciências naturais, permitirá que os alunos realizem a química geral como um sistema integral direcionado para:

* obter conhecimentos sistemáticos e conscientes de química geral;

formação dos fundamentos do pensamento científico.

O propósito e a hipótese determinaram o seguinte objetivos de pesquisa:

I. Conduzir um estudo de verificação:

a) analisar a produção pedagógica, metodológica e científica sobre o tema
Segue;

b) analisar os currículos e currículos usados ​​em diferentes
faculdades;

c) identificar o nível inicial de conhecimento dos alunos.

II. Desenvolver um conceito metodicamente sólido para a construção de um curso de seminários
Aulas sobre química geral baseada na termodinâmica química como uma faculdade de espinha dorsal
Torá.

III. Desenvolver uma abordagem metodológica para a realização de seminários no curso de
química do repolho:

a) desenvolver um sistema de seminários em química geral, construído com base em
termodinâmica como fator formador de sistemas;

b) desenvolver uma metodologia para a realização de um seminário sobre termodinâmica química.

4. Verificar a eficácia da abordagem metodológica proposta.
Confiabilidade e validade disposições científicas e conclusões fornecidas:

confiança nas conclusões da ciência psicológica, didática geral e particular;

usando uma variedade de métodos de pesquisa adequados às tarefas.

Os seguintes métodos de pesquisa foram usados ​​no trabalho: análise da literatura psicológica e pedagógica sobre o problema de pesquisa, métodos de verificação de pesquisa e experimento formativo, abordagem sistemática, métodos de pesquisa pedagógica usando tarefas especialmente projetadas para diagnosticar o conhecimento formado, testes, qualitativos e quantitativos análise das respostas dos alunos, resultados da investigação em processamento matemático e sua interpretação metodológica.

O estudo foi realizado em várias etapas (1996 - 2000):

Um estudo averiguador, que possibilitou estudar teoricamente o estado do problema em estudo, determinar os objetivos, o tema, as tarefas, as hipóteses de pesquisa.

Etapa teórica para o desenvolvimento do conceito de construção de um curso de seminários em química geral baseado na termodinâmica química como fator de sustentação.

Uma etapa experimental para organizar e conduzir uma experiência pedagógica para testar a eficácia de um seminário sobre termodinâmica química. Análise e interpretação dos resultados desta etapa do estudo.

Uma fase experimental para organizar e conduzir uma experiência pedagógica para testar a hipótese de trabalho apresentada.

A etapa final é a análise e interpretação dos resultados do experimento pedagógico, a generalização dos resultados de todo o estudo, a formação de conclusões científicas.

Novidade científica:

Foi criado um novo sistema de ensino dos alunos em seminários de química geral, que se baseia na termodinâmica química como fator formador de sistemas.

Foi criado um conjunto de materiais didáticos para suporte metodológico do curso proposto (planos de seminários, um programa computacional de testes em termodinâmica química, um conjunto de tarefas para controle introdutório, intermediário e final).

Importância teórica do trabalho consiste em criar os fundamentos metodológicos de um curso de seminários de química geral, construído com base na termodinâmica química como fator formador de sistemas. A necessidade de construir um curso baseado nesta abordagem é fundamentada.

Importância prática do trabalho: A abordagem metodológica proposta para a criação e utilização de um sistema de seminários em química geral permite aplicá-lo no ensino de química geral em uma universidade.

Confiabilidade dos resultados devido à escolha de métodos de pesquisa modernos adequados, os valores positivos dos indicadores de desempenho da abordagem desenvolvida para o ensino de química geral.

Aprovação e implementação dos resultados.

Os resultados do estudo foram discutidos em:

VIII Conferência-Exposição Internacional "Tecnologias da Informação na Educação", Moscou, 1998;

Seminário científico e metodológico de toda a Rússia na Universidade Pedagógica do Estado de Moscou. V. I. Lenin, 1998

conferência científica "Leituras de Lomonosov-99", Seção "Problemas Metodológicos da Educação Continuada", subseção "Química e Ecologia", Moscou, 1999;

Conferência científico-prática internacional "Melhorar o ensino de química na escola e na universidade", Irkutsk, 1999

Congresso Internacional "Ciência e Educação no Limiar do III Milênio". Minsk, 2000

7 XLVIII Leituras de Herzen (conferência científico-prática de toda a Rússia com participação internacional "Problemas reais da educação química-pedagógica e química moderna"), São Petersburgo, 2001 reunião do laboratório de química IOSO RAO, 2001

Reunião do Departamento de Química Inorgânica e Métodos de Ensino de Química, Universidade Pedagógica do Estado de Moscou. V. I. Lenin, 2001

Os resultados do estudo são usados ​​na prática do Departamento de Química Geral da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Lomonosov de Moscou. M. V. Lomonossov.

A estrutura e o alcance da dissertação. O trabalho é composto por uma introdução, três capítulos, conclusões, uma lista de referências e aplicações. Seu conteúdo é apresentado em 107 páginas. O texto completo da dissertação é composto por 177 páginas. O trabalho inclui 55 figuras, 17 tabelas, 3 diagramas. A lista de literatura utilizada contém 229 títulos, 23 deles em línguas estrangeiras. Os apêndices contêm o conteúdo da seção "Termodinâmica química" em vários programas de química geral; conexões interdisciplinares reveladas na análise de programas de química geral; texto completo do ensaio de termodinâmica química, desenvolvido pelo autor; os resultados do cumprimento pelos alunos das tarefas da secção de controlo do conhecimento dos alunos; opções de tarefas de colóquios e os resultados de sua implementação; os resultados da conclusão das tarefas do trabalho final.

As seguintes disposições são apresentadas para a defesa:

O uso da termodinâmica química como fator formador de sistemas exige a reestruturação do conteúdo dos seminários e sua sequência no curso de química geral.

A construção de seminários com base na termodinâmica química como fator de sustentação contribui para a formação dos fundamentos do pensamento científico nos alunos, bem como para o conhecimento sistêmico e consciente da química geral.

Análise do conteúdo dos cursos de química geral cursados ​​em universidades e escolas secundárias.

A maioria dos livros didáticos universitários está focada no sistema de conceitos sobre a matéria. Nesses livros didáticos, as seções “estrutura do átomo”, “ligação química”, “lei periódica de D. I. Mendeleev” são retiradas no início.

Deve-se notar que a sequência de apresentação mesmo dessas três seções de química geral é diferente para diferentes autores. Assim, nos livros didáticos, a ordem de apresentação é a seguinte: a estrutura do átomo é a lei periódica e o sistema periódico de elementos é a ligação química. Em vários outros manuais, essa sequência é diferente: a lei periódica e o sistema periódico de elementos - a estrutura do átomo - a ligação química.

Uma análise da construção de cursos voltados para um sistema de conceitos sobre a matéria mostra que um número significativo de cursos tem em comum a construção na seguinte sequência: a estrutura do átomo - a ligação química - a descrição das propriedades dos elementos químicos e seus compostos. Tal construção, aparentemente, é unida por uma ideia que foi claramente expressa por Ya. A. Ugai: “A ideia da relação entre a estrutura química de uma substância ... e suas propriedades corre como um fio vermelho através do todo o curso de química inorgânica. A este respeito, atenção especial é dada à teoria da estrutura química de A. M. Butlerov em sua interpretação moderna, que é essencialmente uma teoria química geral ... No final, a tarefa mais importante da química ... identificar a relação entre a estrutura química de uma substância, por um lado, e suas propriedades, por outro.

Deve-se notar que O. M. Poltorak e Yu. A. Pentin em seus trabalhos mostram razoavelmente que a busca por uma relação inequívoca entre a estrutura das moléculas e as propriedades químicas de uma substância está fadada ao fracasso de antemão. Sem o conhecimento dos fundamentos da termodinâmica e cinética química, é impossível tirar conclusões sobre a possibilidade de um processo químico, sua profundidade e velocidade. G.P. Luchinsky também confirma essa ideia: “O atual nível de desenvolvimento da química exige uma apresentação do curso da ciência do ponto de vista da doutrina da estrutura da matéria e da termodinâmica”.

O segundo tipo de livros didáticos é focado no sistema de conceitos de uma reação química, e há muito menos deles do que os livros didáticos do primeiro tipo. Nesses livros didáticos, o estudo das leis do curso das reações químicas é trazido à tona, ou seja, aspectos termodinâmicos e cinéticos.

Em diferentes livros didáticos, a sequência de apresentação dos fundamentos da termodinâmica química e da cinética é diferente. Nos livros, os autores colocam a termodinâmica química em primeiro lugar e a cinética em segundo. Outros manuais e livros didáticos [11, 49, 183, 184, 222, 229] sugerem a ordem: cinética - termodinâmica.

Além disso, como observado acima, a própria posição desses tópicos no curso também difere significativamente. Por exemplo, em manuais, os tópicos mencionados são apresentados após a estrutura do átomo, o sistema periódico e o conceito de ligação química. Nos livros didáticos, a termodinâmica e a cinética são consideradas muito mais tarde; eles realmente precedem a descrição das propriedades químicas de elementos e compostos.

A ordem de apresentação dos tópicos é praticamente nenhuma dos autores, com exceção da OS. Zaitsev, B.V. Nekrasov, G.I. Novikov e vários outros, não é fundamentado, e nos livros didáticos existentes há uma grande variedade da sequência de sua introdução.

G. I. Novikov propõe a construção de um livro didático baseado na "sequência de etapas dos princípios teóricos da química: estequiometria, termoquímica,

ergoquímica (equilíbrio químico e os fundamentos da termodinâmica química), cronoquímica (os fundamentos da cinética), o início do estudo da estrutura da matéria (a estrutura do átomo, moléculas, líquidos, cristais e compostos com ligações não valentes) .

B.V. Nekrasov constrói o conteúdo do livro didático com base na Lei Periódica de D. I. Mendeleev, O autor observa que "... você precisa fazer todo o possível não apenas para "declarar" o curso, mas para desenvolvê-lo logicamente, o que é especialmente importante... ao considerar questões teóricas... A própria construção deve, antes de tudo, garantir a possibilidade de seu desdobramento lógico.

Um lugar especial é ocupado pelo livro "Química. Um curso curto moderno" de O. S. Zaitsev. O livro é projetado em grande parte para o estudo independente do assunto, "o objetivo do livro é desenvolver o pensamento químico dos alunos para que o futuro especialista possa não apenas resolver independentemente vários problemas químicos, mas também transferir os métodos gerais de trabalho científico para o trabalho na sua especialidade". O autor destaca que a consideração do estado da matéria e das reações químicas é feita com base nas teorias fundamentais da ciência química moderna e suas inter-relações. A base lógica do curso mencionado é um sistema de conhecimento sobre quatro doutrinas fundamentais: sobre a direção dos processos químicos (termodinâmica química) e sua velocidade (cinética), a teoria da estrutura da matéria e a periodicidade das mudanças nas propriedades dos elementos e seus compostos

Seleção de material sobre termodinâmica química para seminários no curso de química geral, construído com base na termodinâmica química como fator formador de sistemas

Seleção de material sobre termodinâmica química para seminários no curso de química geral, construído com base na termodinâmica química como fator formador de sistemas

Conforme mostrado acima (1.1), ao construir um curso de química geral, a sequência mais aceitável de apresentação do material é a seguinte: termodinâmica química (sem equilíbrio químico) - "cinética química + equilíbrio químico - # soluções, equilíbrio em soluções - estrutura atômica - ligação química - lei periódica de D. I. Mendeleev. A termodinâmica química é uma seção fundamental do curso de química geral, portanto, o seminário sobre termodinâmica química é um dos primeiros em vários cursos de química geral. O conhecimento formado neste seminário deve ser considerado básico. Eles são a base para um estudo mais aprofundado do curso de química geral. Portanto, um problema urgente é a seleção do conteúdo de termodinâmica química, que é um fator de espinha dorsal para o curso experimental de seminários de química geral.

A seleção de material sobre termodinâmica química para seminários de química geral foi realizada de acordo com os seguintes princípios:

Conformidade do material com o nível moderno da ciência;

A possibilidade de utilização do material pelos alunos em futuras atividades científicas;

A relação entre o material do seminário e o material apresentado em livros didáticos e manuais recomendados aos alunos;

Utilizar conhecimentos de outras disciplinas dentro do escopo estudado até o momento;

Limitação da matéria pelo currículo e pelo tempo de estudo do curso de química geral;

A presença de uma ligação entre a matéria dos seminários e outras secções do curso de química geral;

A presença de ligações interdisciplinares com outras disciplinas.

Com base na análise do conteúdo da seção de termodinâmica química em programas de química geral e literatura (em 1.1 e 1.2), a seção de termodinâmica química é representada por um sistema composto por cinco componentes dispostos na seguinte sequência (ver Esquema I ).

Conforme observado em 1.2, a seção "Termodinâmica química" tem conexões com quase todas as seções do curso de química geral, como:

A velocidade de uma reação química. Mecanismos de reações químicas. Catálise;

Soluções. Equilíbrios nas soluções;

Processos redox;

Fundamentos de eletroquímica;

Ligação química;

Compostos complexos;

Sistemas dispersos;

Lei periódica e o sistema periódico dos elementos químicos. Uma análise dos programas em química geral e outras disciplinas de ciências naturais revelou que a seção "Termodinâmica Química" tem muitas conexões interdisciplinares (com biologia, geologia, medicina, ecologia e outras disciplinas estudadas por estudantes de ciências naturais) (ver Apêndice 2, Tabela 12 ). Deve-se notar que nos programas de química geral, a integração interdisciplinar não é totalmente revelada.

Na formação do conhecimento científico sistemático, um papel importante é desempenhado não apenas por um material temático razoavelmente selecionado, mas também pela sequência de seu estudo, que é determinada principalmente pelos seguintes três princípios didáticos: consistência, acessibilidade e caráter científico.

Realização de um seminário sobre termodinâmica química usando vários métodos

Para que os alunos possam utilizar os conhecimentos de termodinâmica química, é necessário estabelecer um conhecimento completo e profundo dos fundamentos da termodinâmica química nos primeiros seminários. Portanto, a eficácia de realizar um seminário sobre termodinâmica química foi investigada pela primeira vez.

No ano lectivo de 1996/97 foi feito um estudo sobre a eficácia da realização de um seminário sobre termodinâmica química.

Comparamos os métodos de realização de um seminário sobre termodinâmica. A experiência consistiu no facto de três grupos de alunos (13 pessoas cada) terem realizado três tipos de seminários: um seminário convencional (o seminário é realizado tal como é implementado na corrente) um seminário de informática (trabalho individual dos alunos com um computador programa de treinamento) um seminário combinado (combinação de alunos de trabalho individual com um tutorial baseado em computador, discutindo as questões mais importantes e explicando conceitos difíceis)

O nível inicial de conhecimento dos alunos foi testado no primeiro seminário (pesquisa afirmativa). Eles foram solicitados a completar a seguinte tarefa: A equação de reação para a combustão de grafite em oxigênio foi dada

1) Qual é a reação; exo ou endotérmico?

2) Calcule a massa de grafite necessária para obter 1179,3 kJ de calor. Os dados quantitativos sobre a implementação da tarefa proposta são mostrados na fig. 3. A porcentagem de conclusão bem-sucedida das tarefas é plotada ao longo do eixo y, ou seja, % de tarefas concluídas corretamente do número total de tarefas, ao longo da abcissa - o número da questão da tarefa, que verifica o nível inicial de conhecimento dos alunos. Com base nos dados da Fig. 4, podemos dizer que apenas 15% dos alunos de todos os grupos conseguem caracterizar a reação pelo efeito térmico e conseguem fazer cálculos termoquímicos.

Pode-se concluir que o nível de conhecimento dos alunos em termodinâmica química antes do treinamento é quase o mesmo. Deve-se notar que, no momento em que começam a estudar química geral, a maioria dos alunos não sabe realizar cálculos termoquímicos elementares e caracterizar reações em termos de efeitos de energia.

Nos programas e currículos em química geral, o seminário "Fundamentos da Termodinâmica Química" é um dos primeiros. Ele estabelece o conhecimento termodinâmico, com base no qual os alunos podem calcular os valores de AH, AS, AG de processos químicos e avaliar a possibilidade fundamental de processos químicos ocorrerem em determinadas condições.

O principal objetivo deste seminário é estabelecer uma base sólida de conhecimento em termodinâmica química, uma vez que um estudo bem-sucedido de um curso de química geral é impossível sem resolver as questões básicas da termodinâmica química:

Qual é o efeito térmico do processo?

É possível que o processo prossiga espontaneamente e em que condições?

Qual é a profundidade do processo químico?

O mesmo material didático foi selecionado para os seminários, incluindo as leis e conceitos básicos da termodinâmica química.

O seminário na versão geralmente aceita foi realizado de acordo com a metodologia utilizada pela maioria dos professores universitários para explicar os conceitos básicos da termodinâmica. Nesse método, a maior parte do tempo era dedicado à explicação do material didático pelo professor e ao ensino de habilidades para resolver problemas típicos dos alunos. No início da aula, é realizado um trabalho frontal, mas atualizando os conhecimentos adquiridos pelos alunos na aula anterior sobre termodinâmica química. Em seguida, o professor apresenta aos alunos os conceitos: sistemas químicos, efeito térmico da reação, processos com liberação e absorção de calor, condições padrão e normais, entalpia de vários processos: formação de substâncias, formação de ligações químicas, transição de fase e combustão de substâncias. É dada especial atenção à resolução de problemas sobre a lei de Hess e suas consequências. Além disso, os alunos se familiarizam com o conceito de entropia, a segunda e terceira leis da termodinâmica, energia livre e energia de Gibbs, um critério para a ocorrência espontânea de processos químicos. Os alunos resolvem problemas para encontrar o valor da entropia e da energia livre de Gibbs e tiram conclusões sobre a possibilidade fundamental de processos químicos espontâneos.

Programas de treinamento em informática desenvolvidos pela equipe do Departamento de Química Geral da Faculdade de Química da Universidade Estadual de Moscou foram usados ​​para realizar um seminário sobre métodos computacionais. Eles são uma ferramenta universal invariável que combina a possibilidade de usar um diálogo, um banco de dados, informações textuais, cálculos e controle de testes. Os programas alternam o material em folha com um controle faseado do conhecimento do aluno. Eles são construídos em um modo de diálogo, o que permite um feedback eficaz no treinamento e correção oportuna dos conhecimentos químicos dos alunos. O aluno trabalha independentemente com os programas, portanto, ele controla o processo de seu próprio aprendizado e determina o ritmo de domínio do material que lhe é conveniente.