Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

В XXI в. теоретики и практики инновационного инженерного образования подчеркивают необходимость формирования у специалиста в области техники и технологий не только определенных знаний, умений и навыков, но и особых компетенций, сфокусированных на способности применения их на практике. Соответствующим образом изменяются образовательные программы и учебные планы [1]. Возникает потребность в создании новых дисциплин.

Если ранее профессиональные компетенции образовательных программ формировались в основном на старших курсах, то на сегодняшний день требуется осуществить взаимосвязь академических знаний и практических умений уже в первый год обучения. В рамках компетентностного подхода знания, умения фундаментальных естественнонаучных дисциплин также входят в качестве составляющих профессиональных компетенций [2], для развития которых важен междисциплинарный подход.

При разработке дисциплины первым элементом в технологии обучения является проектирование содержательной части, включая отбор и структурирование учебного материала. В рамках данной работы не рассмотрены применяемые формы организации учебного процесса, методы и средства технологии обучения инженерной химии, что будет представлено в следующей работе. Материал данной статьи носит информативный характер и может быть использован при разработке образовательных программ по технико-технологическому направлению.

Цель исследования заключалась в формировании содержательной части новой дисциплины «Основы инженерной химии» в рамках химической подготовки бакалавров направления «Техносферная безопасность», профиль «Безопасность технологических процессов и производств».

Материалы и методы исследования

В исследовании использовались общетеоретические и социологические методы: анализ, синтез, классификация, анкетирование, изучение и обобщение педагогического опыта, анализ специализированной литературы, образовательной практики фундаментальной химической подготовки, анализ содержания дисциплины (контент-анализ).

Результаты исследования и их обсуждение

В инженерных вузах нашей страны имеется разный подход к изучению химических дисциплин при подготовке бакалавров направления 20.03.01 «Техносферная безопасность» (ТБ) [3–5]. В учебные планы включены фундаментальные химические дисциплины, такие как «Общая и неорганическая химия», «Органическая химия», «Физическая химия», «Аналитическая химия», «Коллоидная химия». Либо фундаментальные знания данных дисциплин представлены в виде отдельных разделов в курсе химии высокой трудоемкости. Этой же позиции придерживался Тюменский индустриальный университет до перехода на новые образовательные стандарты ФГОС 3, ФГОС 3+.

В рамках новых образовательных стандартов, когда содержание образования регламентируется вузовскими образовательными программами, возрастает роль дисциплин вариативной части [6, 7], позволяющих осуществить профилизацию образовательной программы, проектирование содержания, формирование универсальных компетенций модернизированных ФГОС. Содержание фундаментальной химической подготовки бакалавров технико-технологических направлений также должно включать инвариантное ядро и вариативн Формирование профессиональных компетенций инженера возможно только за счет интеграции знаний, умений и навыков естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин. Необходимость такой интеграции в профессиональной подготовке бакалавра направления «Техносферная безопасность» показана в работе [3].

Остается актуальной реализация принципа межпредметных связей, что позволяет наиболее полно связать образование с практической деятельностью в выбранной области [8]. Для успешного освоения профессионально значимых дисциплин в системе предлагается формировать содержание предметов естественнонаучного цикла на основе «учебно-профессионального заказа» [9]. Подобный заказ был получен от выпускающей кафедры техносферной безопасности Тюменского индустриального университета на разработку курса инженерной химии, сочетающего фундаментальные и профессиональные знания и навыки химических дисциплин.

При разработке нового курса, с целью установления межпредметных связей (МПС), был проведен анкетный опрос преподавателей кафедры техносферной безопасности, а также анализ рабочих программ профильных дисциплин учебного плана на предмет востребованности основных разделов «Химии» при их изучении. Результаты проведенного анализа представлены в табл. 1. Знаком «+» отмечены МПС между элементами содержания дисциплин для направления ТБ, профиль «Безопасность технологических процессов и производств» (БТП).

Из таблицы видно, что прослеживается востребованность всех дидактических единиц, включенных ранее в рабочую программу дисциплины «Химия». Наряду с важностью изучения свойств химических соединений, в профильном образовании бакалавра направления ТБ занимают особое место основы коллоидной и аналитической химии, а также наиболее важной является тема «Способы выражения состава раствора».

Согласно графику учебного процесса изучение химических дисциплин для БТП предусмотрено в первых трёх семестрах: базовая дисциплина «Химия» – первый, второй семестр, новая вариативная дисциплина «Основы инженерной химии» (ОИХ) – во втором и третьем семестрах, что согласуется с тем, что данные дисциплины будут формировать начальные элементы профессиональных знаний, умений, навыков для изучения последующих профильных дисциплин (рисунок).

Таблица 1

Межпредметные связи химических и профильных дисциплин для БТП

Примечание. *Дисциплины, обозначенные цифрами: 1 – экология; 2 – ноксология; 3 – медико-биологические основы безопасности; 4 – производственная безопасность; 5 – теория горения и взрыва; 6 – промышленная экология; 7 – производственная санитария и гигиена труда; 8 – эксплуатация средств контроля безопасности; 9 – безопасность жизнедеятельности; 10 – основы экологического мониторинга.

Распределение по семестрам количества профильных дисциплин, имеющих МПС с химическими дисциплинами

С учётом востребованности химических знаний в профильном образовании бакалавра направления ТБ, целью дисциплины «Основы инженерной химии» является ознакомление обучающихся с основными физико-химическими характеристиками окружающей среды, химическими и физико-химическими методами их контроля и снижения уровня опасности.

Для достижения поставленной цели требуется выполнение следующих задач:

- познакомить обучающихся с основными физико-химическими характеристиками окружающей среды, с методами их контроля и расчета;

- дать представление о физико-химических процессах в дисперсных системах; о химических и физико-химических процессах, применяемых для снижения уровня опасности;

- привить навыки соблюдения техники безопасности в проведении химического эксперимента;

- научить обрабатывать и анализировать результаты эксперимента.

Изучение дисциплины направлено на формирование у обучающихся следующих компетенций: ПК-15 – Способность проводить измерения уровней опасностей в среде обитания, обрабатывать полученные результаты, составлять прогнозы возможного развития ситуации; ПК-16 – Способность анализировать механизмы воздействия опасностей на человека, определять характер взаимодействия организма человека с опасностями среды обитания с учетом специфики механизма токсического действия вредных веществ, энергетического воздействия и комбинированного действия вредных факторов [10].

Результатом освоения дисциплины «ОИХ» является знание основных понятий, законов и моделей химических систем, реакционной способности веществ; основных физико-химических характеристик состояния окружающей среды и методов их измерения; умение применять полученные знания при решении задач; анализировать факторы, влияющие на физико-химические процессы; обрабатывать и анализировать результаты эксперимента; владение навыками в проведении эксперимента и обращения с химическими веществами.

При разработке новой дисциплины одной из задач было разгрузить информационно перегруженный курс «Химия», а также обеспечить преемственность тем, учитывая параллельное изучение двух химических дисциплин во втором семестре. Поэтому часть учебного материала была вынесена в курс «Основы инженерной химии» согласно табл. 2.

С учётом корректировки рабочей программы курса «Химия» содержание дисциплины «Основы инженерной химии» сформировано следующим образом. Во втором семестре большинство изучаемых тем опирается на знания, полученные ранее в первом семестре и при изучении школьной программы, а также на материал химии второго семестра, что позволяет не перегружать обучающихся большим количеством новой информации, повторять и закреплять знания.

Таким образом, содержательная часть второго семестра дисциплины «Основы инженерной химии» включает следующие разделы:

1. Стехиометрические расчеты. Рассмотрены простейшие стехиометрические понятия и законы, которые обобщены и применены во второй части при решении комплексных задач в разделе «Методы обезвреживания веществ» применительно к некоторым производственным процессам.

2. Основные физико-химические характеристики окружающей среды. Включает два подраздела, в которых рассматриваются такие характеристики, как растворимость, парциальное давление, плотность, различные способы выражения концентрации, вопросы нормирования содержания примесей, сделан акцент на единицы измерения и взаимосвязь между ними, влияние различных факторов на концентрацию, что важно в вопросах производственного контроля. Рассматривается практическое применение коллигативных свойств растворов.

3. Основы количественного анализа. Дана общая характеристика методов количественного анализа, рассмотрены методы, широко применяемые в инженерной практике применительно к исследованию физико-химических характеристик состояния окружающей среды: химические методы анализа: весовой, объемный; физико-химические: электрохимические, спектральные и др.

4. Кинетические характеристики химического процесса. Главная идея этого раздела в том, что концентрацию компонентов в системе можно не только определить аналитически, с помощью химических и инструментальных методов контроля, но и рассчитать изменение концентрации во времени на основании кинетических характеристик. Дается понятие порядка реакции, периода полураспада и предусмотрены расчеты с использованием кинетических уравнений. Также в этом разделе рассмотрены начальные сведения об особенностях гетерогенных, фотохимических, цепных реакций.

Как видно из табл. 2, раздел «Коллоидная химия», на изучение которого в курсе «Химия» отводилось достаточно большое количество часов, полностью перенесен в инженерную химию и составляет основу третьего семестра, поскольку изучение основных положений и моделей коллоидной химии является фундаментом для изложения специальных дисциплин направления «Техносферная безопасность».

В третьем семестре изучаются следующие разделы дисциплины:

5. Методы дисперсионного анализа.

6. Физико-химические процессы в дисперсных системах.

7. Характеристика основных загрязни- телей техносферы и методов их обезвре- живания.

В разделах 5, 6 рассматривается классификация примесей по фазово-дисперсному составу, оптические и молекулярно-кинетические методы исследования систем, поверхностные свойства дисперсных систем, основы сорбционных технологий и другие профессионально значимые вопросы [11].

Раздел 7 содержит сведения по защите окружающей среды и человека: классификация источников загрязнения, сущность методов снижения опасности, выбор метода в зависимости от фазово-дисперсного состава.

Таким образом, разделы 5 и 6 третьего семестра содержат для обучающихся в основном новую информацию по дисциплине «Основы инженерной химии», а раздел 7 является завершающим с обобщением информации, полученной при изучении химических дисциплин.

Изначально учебным планом дисциплины с трудоёмкостью 6 ЗЕТ были предусмотрены лекционные и практические занятия с промежуточными формами контроля – зачёт во втором и экзамен в третьем семестрах. При апробации новой дисциплины стало понятно, что привить навыки проведения химического эксперимента на практических занятиях не представляется возможным. В связи с чем был скорректирован учебный план дисциплины путем замены практических работ на лабораторные, рассчитанные на четыре часа раз в две недели.

По результатам анкетирования 60 % обучающихся направления ТБ отмечают, что инженерная химия труднее, но интересней курса «Химия». При этом 80 % обучающихся старших курсов и 100 % выпускников считают, что химические знания необходимы в их профессиональном образовании, а изучение основ инженерной химии облегчает восприятие учебной информации профильных дисциплин.

Выводы

Таким образом, проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:

- Для развития у обучающихся профессиональных компетенций необходимо создавать дисциплины естественнонаучного цикла с межпредметными связями.

- Проведенный контент-анализ рабочих программ и учебного плана позволил выявить наиболее значимые дидактические единицы химических дисциплин в профильном образовании бакалавров направления «Техносферная безопасность», профиля «Безопасность технологических процессов и производств».

- Спроектирована содержательная часть вариативной дисциплины «Основы инженерной химии» путём перераспределения дидактических единиц между информационно перегруженным курсом «Химия» и новой дисциплиной профессиональной направленности.

- Разработанная дисциплина расширяет профессиональный кругозор обучающихся и способствует формированию профессиональных компетенций с первого года обучения.