Формирование профессиональных компетенций при обучении физической химии в педагогическом вузе

Формирование профессиональных компетенций при обучении физической химии в педагогическом вузе

Н.В. Жукова, О.А. Ляпина

Современное профессиональное педагогическое образование претерпевает значительные изменения. Модернизация педагогического образования направлена на обеспечение подготовки педагогических кадров в соответствии с профессиональным стандартом педагога и федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) общего образования. Главной целью подготовки учителей в педагогическом вузе является формирование профессиональной готовности будущих учителей к педагогической деятельности.

Для достижения поставленных целей при построении образовательной программы и организации обучения необходимо руководствоваться принципами практико-ориентированного обучения. Сопоставляя требования профессионального стандарта (ПС) педагога [4] и содержание ФГОС высшего образования по направлению подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (уровень бакалавриата) [5], можно сделать вывод о том, что предметный блок учебного плана направлен на формирование профессиональных компетенций и трудовых функций, описанных в табл. 1.

Формирование перечисленных компетенций у будущих педагогов наиболее полно достигается при реализации практико-ориентированного обучения, причем применительно ко всем дисциплина учебного плана.

Несмотря на все интенсивные изменения, происходящие в современном университетском педагогическом образовании, обучение профильным естественнонаучным учебным дисциплинам (в том числе в предметной области «Химия») все еще осуществляется по классическим схемам: классические лекции, практические и лабораторные занятия с проверкой знаний на итоговом экзамене.

В дальнейшем мы будем описывать модель построения предметного блока дисциплины «Физическая химия» учебного плана направления подготовки «Педагогическое образование» профиля

«Биология. Химия» (МГПИ). В рамках данной модели мы постараемся ответить на ряд вопросов, возникающих при организации обучения физической химии в рамках педагогического образования:

• 1.    Зачем изучать физическую химию?

• 2.    Какое место в образовательной программе необходимо отвести этой дисциплине?

• 3.    Каково должно быть содержание дисциплины?

• 4.    На достижение каких образовательных результатов направлена дисциплина?

• 5.    Какие формы и методы обучения целесообразнее использовать при обучении физической химии?

В педагогическом вузе физическая химия наряду с неорганической и органической химией является одной из ведущих предметных дисциплин. Но необходимо отметить, что неорганическую и органическую химию однозначно будут преподавать учителя в дальнейшей профессиональной деятельности. Что же касается физической химии, то у студентов возникает вопрос о необходимости изучения такой сложной дисциплины. Этот вопрос вполне уместен. Анализ программ школьного курса химии базового уровня, по которым занимаются 90% учащихся, содержит очень узкий круг вопросов из области физической химии: скорость химической реакции и факторы, на нее влияющие, химическое равновесие и его зависимость от внешних условий, растворение и способы выражения состава раствора, электролитическая диссоциация, электролиз, тепловые эффекты химических реакций.

Все эти вопросы можно осветить при изучении общей и неорганической химии. Так зачем же изучать физическую химию будущим учителям химии?

Вспомним, изучением каких вопросов занимается физическая химия. Физическая химия - наука об общих законах строения, структуры и превращения химических веществ, которая исследует

Таблица 1. Сопоставление профессиональных компетенций ФГОС ВО и трудовых функций профессионального стандарта педагога

Формирование профессиональных компетенций при обучении физической химии в педагогическом вузе

химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов физики. Это фундаментальная наука, которая лежит на стыке химии и физики.

Познание физической химии поможет учителю, опираясь на законы физики, сформировать у учащихся более глубокие знания общей химии. Именно изучение физической химии позволит студентам понять законы химической кинетики, химической термодинамики, овладеть навыками решения задач различного типа. Кроме того, в обязанности учителя входит подготовка учащихся к предметным олимпиадам и организация учебно-исследовательской деятельности, осуществление которых без хорошего знания физической химии невозможно.

В учебном плане дисциплина физическая химия является обязательной и входит в вариативный блок учебного плана (табл. 2).

Таблица 2. Вариативная часть учебного плана (предметная область химия) направления подготовки «Педагогическое образование» профиля «Биология. Химия»

Наименование обязательной дисциплины	Семестр	Зачетные единицы / часы	Формируемые компетенции
Методика обучения химии	5-8	12,5 / 450	ПК-1, 2, 4, 8, 9
Общая и неорганическая химия	1, 2	10 / 360	ПК-1, 12
Органическая химия	5, 6	7,5 / 270	ПК-1, 12
Физическая химия	5	4 / 144	ПК-1, 12
Коллоидная химия	5	2 / 72	ПК-1, 12
Химия окружающей среды	7	3 /108	ПК-1, 12
Биохимия	7	2 / 72	ПК-1, 12
Прикладная химия	9	4 / 144	ПК-1, 12
Неорганический синтез	9	2 / 72	ПК-1, 12
Органический синтез	9	3 /108	ПК-1, 12

Н.В. Жукова, О.А. Ляпина

Учебный план построен таким образом, что к изучению физической химии студенты переходят только после освоения общей, неорганической и аналитической химии, поэтому формирование знаний по физической химии происходит на основе уже имеющихся химических знаний и навыков.

Например, изучение раздела «Химическая кинетика» необходимо начинать с повторения материала общей химии по одноименной теме, после чего начинается формирование новых, более глубоких знаний в следующей последовательности: понятийный аппарат раздела «Химической кинетики» ^ закон действующих масс → кинетические уравнения → прядок реакции, способы определения порядка реакции → молекулярность реакции → влияние на скорость химической реакции внешних условий → энергия активации ^ кинетическая классификация химических реакций → механизм и кинетика сложных химических реакций → кинетика гетерогенных реакций → катализ.

Знание физической химии необходимо для понимания последующих дисциплин. Например, о химической кинетике мы вспоминаем при изучении органической химии и биохимии; к термодинамике растворов вернемся при изучении химии окружающей среды, органического и неорганического синтеза; знание термохимии необходимо при изучении прикладной химии и т.д.

Таким образом, обучение физической химии гармонично встроено в цикл химических дисциплин, содержание которых построено согласно принципу преемственности, что повышает качество усвоения дисциплин предметной области.

Весь курс физической химии делится на несколько разделов, имеющих отражение в школьном курсе химии и в последующих дисциплинах (табл. 3).

Таблица 3. Структура программы дисциплины «Физическая химия»

Наименование раздела	Содержание раздела	Лабораторные работы
1. Химическая термодинамика	Основные понятия химической термодинамики (система, состояние системы, параметры состояния системы, процесс, энергия, формы перехода энергии). Законы термодинамики и их практическое применение. Термохимия и основные законы и понятия термохимии. Важнейшие функции состояния: внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса, энергия Гельмгольца. Условия самопроизвольного протекания процесса.	Определение теплоты растворения и гидратации солей.
2. Термодинамическое равновесие	Термодинамическое равновесие. Химическое равновесие. Условия химического равновесия. Изменение энергии Гиббса и энергии Гельмгольца при химической реакции. Химическое сродство. Константы равновесия. Зависимость констант равновесия от температуры и давления. Гетерогенные системы. Понятие фазы, компонента, степени свободы. Правило фаз Гиббса и его вывод. Фазовые переходы. Фазовые равновесия. Диаграммы состояния систем и их анализ на основе правила фаз.	Термический анализ смеси нафталин-фенол.
3. Растворы неэлектролитов	Растворы различных классов. Различные способы выражения состава раствора. Идеальные растворы в различных агрегатных состояниях. Давление насыщенного пара жидких растворов. Закон Рауля и закон Генри. Идеальные и неидеальные растворы. Парциальные мольные величины и их определение из опытных данных для бинарных систем. Обобщенное уравнение Гиббса-Дюгема. Коллигативные свойства растворов: криоскопия и эбуллиоскопия. Осмос. Равновесие жидкость – пар в двухкомпонентных системах. Законы Гиббса–Коновалова.	1.    Определение молекулярного веса вещества криоскопическим методом. 2.    Изучение взаимной растворимости двух жидкостей.
4. Электрохимия	Развитие представлений о строении растворов электролитов. Основные положения теории Аррениуса. Основные положения теории Дебая– Гюккеля. Неравновесные явления в растворах электролитов. Диффузионный потенциал. Удельная и эквивалентная электропроводность. Условия электрохимического равновесия на границах раздела фаз и в электрохимической цепи. Связь ЭДС со свободной энергией Гиббса. Уравнения Нернста и Гиббса–Гельмгольца для равновесной электрохимической цепи. Понятие электродного потенциала. Двойной электрический слой и его роль в кинетике электродных процессов. Коррозия. Электролиз.	1.    Определение рН растворов. 2.    Измерение электропроводности растворов электролитов.
5. Химическая кинетика	Основные законы и понятия химической кинетики. Кинетические уравнения и кривые. Зависимость скорости химических реакций. Энергия активации. Кинетика обратимых реакций. Кинетика гетерогенных процессов. Классификация химических реакций. Механизмы химических реакций. Катализ. Виды катализа. Особенности ферментативного катализа.	Определение константы скорости и энергии активации химической реакции.

Формирование профессиональных компетенций при обучении физической химии в педагогическом вузе

Н.В. Жукова, О.А. Ляпина

В результате изучения физической химии у выпускников педагогического вуза должны быть сформированы системно организованные представления об основных законах химической термодинамики, химической кинетики, представления об учениях о растворах электролитов и неэлектролитов, научное и методическое осмысление физико-химических процессов и явлений, имеющие прямое отношение к профессиональной деятельности.

Формирование профессиональных компетенций в предметной области «Химия» требует таких форм и методов обучения химическим дисциплинам, в которых эти компетенции могли бы постоянно проявляться, формироваться и совершенствоваться. ФГОС нас ориентирует на организацию образовательного процесса согласно принципам деятельностного подхода. Деятельностный подход может быть реализован путем интеграции интерактивного и практико-ориентированного обучения, которое реализуется во время аудиторных занятий, внеаудиторной и самостоятельной работы студентов, с учетом познавательных интересов и профессиональной направленности студентов. В процессе интерактивного обучения физической химии студентов педагогических вузов происходит управляемое усвоение теоретического, эмпирического, экспериментального, методологического опыта, овладение конкретными видами научнохимической и химико-педагогической деятельности, которая лежит в основе формирования профессиональной компетентности учителя химии [1].

Обучение строится таким образом, что студент выступает активным субъектом образования, основным видом деятельности которого является поиск информации, позволяющей решить задачи проблемного характера, предлагаемые преподавателем. Особенности профессиональной позиции преподавателя в этом случае заключается в том, что он выполняет функции консультанта или модератора, а не транслятора знаний и источника информации. Преподаватель организует взаимодействие студентов с образовательной средой химического образования, побуждает самостоятельно собирать новые данные, искать решения уже поставленных задач, самостоятельно ставить новые.

Использование интерактивных методов не исключает наличия традиционных лекций и лабораторных занятий. Наоборот, они органично вписываются в предлагаемую модель обучения, которую можно описать на примере изучения одного из разделов физической химии. Изучение любого разделы мы начинаем со знакомства студентов с дорожной картой раздела, в которой отражены все вопросы и задания, позволяющие овладеть необходимыми знаниями и умениями (табл. 4).

Студент, получив дорожную карту, имеет возможность самостоятельно строить процесс изучения раздела. Теоретические задания он может изучить как самостоятельно, так и при посещении лекций; лабораторные работы выполнять по предлагаемому образцу или выбрать собственные параметры; алгоритмы решения задач изучить, используя электронный ресурс [2], либо в рамках практического занятия, работая в группах или индивидуально с преподавателем. Даже последовательность изучения и предоставление отчетной документации по разделу студент выбирает самостоятельно, так как в лаборатории в течение всего периода изучения физической химии оборудованы рабочие места по всем разделам курса. Вся отчетная документация согласуется с факторами и критериями оценки балльно-рейтинговой системы результатов обучения, согласно которой организован образовательный процесс в нашем вузе [3].

Таким образом, в основе предлагаемой нами модели обучения лежит использование сочетания фундаментали-зации и профессионализации изучения физической химии.

Таблица 4. Дорожная карта раздела «Химическая кинетика»

Формирование профессиональных компетенций при обучении физической химии в педагогическом вузе

Фундаментализация заключается в более глубоком, системном использовании теоретических положений общей химии и наиболее общих законов физики как основы изучения физической химии. Наложение профессионального контекста состоит в придании в педагогическом вузе большего значения темам, изучаемым в школьном курсе химии. Используя эти идеи и опираясь на деятельностный подход к обучению, можно подготовить выпускника педагогического вуза, готового выполнять все трудовые функции, предусмотренные профессиональным стандартом педагога.