Методичні особливості вивчення хімічної та теплової дії світла на основі індивідуалізації навчання

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Рівненський державний базовий медичний коледж

Методичні особливості вивчення хімічної та теплової дії світла на основі індивідуалізації навчання

О.В. Сондак

Анотація

У статті подані методичні особливості вивчення хімічної та теплової дії світла. Обґрунтовано важливу роль індивідуалізації навчання у процесі вивчення даної теми як одного із основних чинників його успішності. Доведено доцільність врахування вікових та індивідуальних особливостей студентів, що дає можливість швидко адаптуватись до вишівських умов, активізуватись в процесі навчання, а також сформувати в них здатність самореалізуватись і застосовувати набуті фізичні знання в житті.

Ключові слова: хімічна дія світла, методичні рекомендації, предметні компетентності, індивідуалізація навчання, фізика.

індивідуалізація навчання фізика компетентність

Аннотация

А. В. Сондак

Ровенский государственный базовый медицинский колледж

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИЗУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО И ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ СВЕТА

НА ОСНОВЕ ИНДИВИДУАЛИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ

В статье представлены методические особенности изучения химического и теплового действия света. Обоснованно важную роль индивидуализации обучения в процессе изучения данной темы как одного из основных факторов его успешности. Доказанная целесообразность учета возрастных и индивидуальных особенностей студентов, дает возможность быстро адаптироваться к вузовским условиям, активизироваться в процессе обучения, а также сформировать у них способность самореализоваться и применять приобретенные физические знания в жизни.

Ключевые слова: химическое действие света, методические рекомендации, предметные компетентности, индивидуализация обучения, физика.

Summary

O. Sondak

Rivne Basic Medical College

METHODICAL FEATURES OF CHEMICAL AND THERMAL ACTION OF THE LIGHT ON THE BASIS OF INDIVIDUALIZATION OF TEACHING

The article gives methodical features of the study of the chemical and thermal effects of light. The important role of individualization of training in the process of studying this topic as one of the main factors of its success is substantiated. The expediency of taking into account the age and individual characteristics of students is proved, which makes it possible to quickly adapt to university conditions, to activate in the process of learning, and to form in them the ability to self-realization and apply the acquired physical knowledge in life.

Key words: chemical effect of light, methodical recommendations, subject competences, individualization of training, physics.

Постановка проблеми. Індивідуалізація навчання стає актуальною через прагнення сучасного молодого покоління отримувати якісно інший навчальний матеріал. Тісна взаємодія викладача та студента дозволяє значно підвищити рівень знань останнього, а з боку викладача підняти свій кваліфікаційний рівень, безпосередньо вивчаючи різноманітні індивідуальні й психологічні особливості студента, виявляючи сильні й слабкі сторони особистості й відповідним чином, враховуючи ці особливості й специфічні якості вихованця, обирати методи, прийоми й засоби педагогічного впливу. Однією з основних причин відносно низької ефективності навчання, на думку багатьох авторів, є недостатня індивідуалізація навчального процессу в коледжах, оскільки індивідуалізація навчання навіть за умов суворого дотримання вимог навчальних програм дає можливість виявляти й розвивати інтереси студентів, їхні нахили та здібності, сприяє ефективному засвоєнню знань та розвитку вмінь і навичок. Індивідуалізація навчального процесу створює умови для поглиблення знань, які впливають на ставлення студентів до навчання, сприяють розвитку пізнавального інтересу і допомагає у формуванні предметних компетентностей при вивченні хімічної та теплової дії світла з урахуванням вікових особливостей студентів і їх індивідуальних психологічних характеристик.

Аналіз актуальних досліджень та публікацій. Вивченню питання розвитку індивідуальної роботи зі студентами вузу приділялася належна увага педагогами та психологами, зокрема у працях Л.В. Кондрашової, В.К. Буряка, Л.А. Гапоненко, Є.О. Климова, З.Д. Вєтрової, Д.А. Белухіна, Р.М. Мойсеєнко, Н.І. Борисової, С.Н. Горохова, К.Л. Лебедєвої, І.Е. Унт та інших.

Наукове підґрунтя проблеми формування компетентного майбутнього фахівця відображено у досвіді роботи відомих вчених-методистів П.С. Атаманчука, С.П. Величка, Є.В. Коршака, О.І. Ляшенка, В.Ф. Савченка, В.Д. Сиротюка, М.І. Шута, В.Д. Шарко, А.М. Куха, В.І. Лугового, В.Ф. Заболотного.

Мета статті. Метою нашого дослідження є методичні особливості формування предметних компетентностей у студентів вищих навчальних закладів засобами індивідуалізації при вивченні хімічної та теплової дії світла.

Виклад основного матеріалу. Під час вивчення даної теми продовжуємо формування уявлень про квантову природу світла. Вивчення теми слід почати з пригадування відомих студентам хімічних реакцій, які відбуваються під дією світла: розкладання вуглекислого газу (СО2) в зелених частинах рослин, розкладання на світлі аміаку NH3 на азот і водень, бромистого срібла AgBr на срібло і бром; утворення молекул хлористого водню HCl з молекулярних водню й хлору (реакція відбувається вибухом); вицвітання фарб тощо [4].

Можна продемонструвати також дослід з потемнінням під дією світла осаду хлористого срібла, який добувають у пробірці добавлянням азотнокислого срібла до соляної кислоти.

Можна поставити такий фронтальний дослід. Студентам роздають невеличкі смужки фотопаперу, частково закриті різними фігурками (силуетами) з чорного паперу. Після засвічування їх на сонці або від інших джерел світла забарвлення ділянок фотопаперу, що не були закриті, змінюються. Особливо сильно чорніють засвічені частини фотопаперу, якщо його попередньо змочити проявником [7].

Потім формулюють поняття фотохімічної реакції і дають квантове тлумачення фотохімічних процесів. Підкреслюють, що фотохімічні процеси (реакції) спричиняються лише світлом, яке поглинається, причому воно діє на валентні електрони атомів і молекул, змінюючи стан цих електронів; що від довжини хвилі світла залежить його фотохімічна активність: найактивнішими є промені з короткими хвилями (ультрафіолетові), бо фотонам цих хвиль відповідає більша енергія.

Доречно згадати закон еквівалентності А. Ейнштейна, згідно з яким у кожному окремому акті фізико-хімічного процесу енергія, яка викликає дисоціацію молекули під дією випромінювання, дорівнює Ну, тобто енергії фотона, що поглинається, або що кожному світловому кванту, який поглинається, відповідає перетворення однієї молекули речовини [5].

Фотохімічні реакції можна ще продемонструвати так. В проекційний апарат з потужним джерелом світла вміщуємо між конденсором і об'єктивом ширму з подвійною рамкою для діапозитивів. Перед об'єктивом ставимо прямокутну кювету з органічного скла з 50-процентним водним розчином йодистого калію. Увімкнувши лампу освітлювача в мережу, спостерігаємо поступову зміну кольору світла (він жовтіє).

Потім формулюємо поняття фотохімічної реакції і даємо квантове тлумачення фотохімічних процесів: кожен поглинутий фотон викликає перетворення однієї молекули. Наприклад, під час розкладання бромистого водню реакція відбувається за рівнянням

2НВг + 2Ну = Н2 + Вг2.

Щоб відбулася фотохімічна реакція в якійсь речовині, треба, щоб енергія фотона падаючого світла Ьу була не менша, ніж енергія, потрібна для перетворення однієї молекули: Ну >Е [4].

При поглинанні фотона з енергією молекула броміду срібла розпадається за схемою:

АгВг + Ну = Аг+ Вг+ + е

Тут Ag' енергетично збуджений атом срібла, Вг+ позитивний йон брому, е електрон.

Атоми, молекули або їх частинки, порушені під дією світла, називаються активними радикалами. За їх участі протікають різні хімічні реакції розкладання і синтезу молекул. Наприклад, молекули хлору і водню в темряві не взаємодіють, а на світлі вступають в хімічну реакцію, утворюючи хлорид водню (НСЇ). Розрив електронних зв'язків в молекулі при поглинанні нею фотона, тобто поділ її на атоми під дією світла, є фотохімічною реакцією. Потім відбуваються вторинні хімічні реакції, які є ланцюгом послідовних перетворень: один активний атом входить в з'єднання, а другий активований атом регенерується. Утворюється ланцюгова хімічна реакція. Такі реакції поширені в хімії, вони протікають в процесах горіння і вибуху. Основний закон фотохімії пояснює два фундаментальних положення: 1) фотохімічна реакція це квантове явище; 2) елементарний акт фотохімічної реакції відбувається відповідно до закону збереження і перетворення енергії. Виходячи з фотонної структури світла, А. Ейнштейн сформулював такі закони: Кожен поглинений речовиною фотон викликає перетворення однієї молекули. Це основний закон фотохімії, який має квантове походження. Молекула вступає в фотохімічну реакцію під дією фотона лише в тому випадку, коли енергія фотона не менша певного значення (енергії дисоціації). Якщо енергія фотона менша енергії, необхідної для розриву молекулярних зв'язків, то реакція не відбудеться. Якщо ж енергія фотона більша цієї енергії, то надлишок енергії міститься в продуктах розпаду молекул, тобто в активних радикалах. Зауважимо, що межа фотохімічної реакції по енергії фотона повністю аналогічна червоній межі фотоефекту. На основі цього закону можна пояснити, чому, наприклад, фотопапір нечутливий до червоного і інфрачервоного світла. Для фотографування в інфрачервоному світлі створюється спеціальна фотоплівка, в світлочутливий шар якої вносяться певні добавки активатори, що знижують енергетичний поріг фотохімічної реакції.

При вивченні фотографічного процесу важливо з'ясувати, як утворюється приховане, а потім видиме зображення на негативі. Освітлення першого з них відноситься до фотохімічних явищ. Як вже говорилося, при поглинанні фотона молекулою АgВr вона розпадається у кристалі на складові атома і при цьому викидає в кристалічну решітку електрон, який блукає по кристалу і в кінці кінців осідає на дефекті; останні завжди містяться в реальних кристалах. До електрону притягається міжвузловий додатно заряджений йон срібла, який зв'язується з електроном і нейтралізується. В результаті утворюється нейтральний атом срібла. На цьому ж дефекті кришталика послідовно осідають і інші електрони, звільнені при фотохімічних реакціях, які також нейтралізуються додатно зарядженими йонами. Так по черзі повторюється процес виділення нейтральних атомів срібла. Кожне їх скупчення містить до декількох десятків атомів срібла, а таких скупчень у кришталику кілька. Ці скупчення атомів срібла, які знаходяться в аморфному стані, утворюють центри прихованого зображення. Під дією проявника навколо центрів прихованого зображення, як зародків кристалізації, виділяються всі сусідні атоми кристалічного срібла. Так утворюється видиме зображення на негативі [7].

У плані реалізації міжпредметних зв'язків з біологією необхідно звернути увагу студентів на найважливішу фотохімічну реакцію фотосинтез вуглеводів (крохмалю) в зеленому листі рослини. Процес цей дуже складний, він пов'язаний з багатьма вторинними біохімічними реакціями, розгляд яких на занятті неможливий. Але суть справи зводиться до того, що за рахунок поглинання декількох (приблизно трьох) фотонів з довжиною хвилі близько 680 нм молекула хлорофілу приходить в збуджений стан (активована молекула) і, реагуючи з молекулою води, розкладає її на водень і кисень. Останній виділяється в атмосферу, а атомарний водень приєднується до оксиду вуглецю СО2 (VI) вуглекислому газу, внаслідок чого синтезуються вуглеводи. Фотосинтез основа життя на Землі. Це єдиний процес, в результаті якого органічний світ за рахунок енергії випромінювання Сонця поповнює внутрішню енергію, що витрачається в процесі життєдіяльності. За сучасними уявленнями весь кисень в атмосфері Землі утворився і підтримується за рахунок фотосинтезу в листках рослин і в зелених водоростях [2].

Таким чином, існує частотна межа фотохімічних реакцій. Якщо Ну < Е, то реакція не відбувається, поглинання світла в цьому разі приводить до збільшення внутрішньої енергії тіла. Умова Ну > Е ще не є достатньою для початку реакції. Якщо речовина прозора для світла даної частоти, то фотохімічних перетворень не виникає.

Під дією світла відбувається перетворення жовтого фосфору на червоний. При цьому надлишок енергії атоми фосфору випромінюють у вигляді холодного світла. Особливо бурхливо під дією прямих сонячних променів відбувається реакція між хлором і гідрогеном. Квант світла, падаючи на молекулу хлору, розщеплює її на два атоми:

С12 + Ну => СІ + СІ.

Атомарний хлор хімічно активний і дає початок вторинним хімічним реакціям, у результаті яких утворюється хлороводень.

Під дією квантів ультрафіолетового випромінювання три молекули кисню об'єднуються в дві молекули озону:

302 + Ну = 203.

В організмі деяких бактерій відбувається досить складна реакція фотосинтезу, внаслідок якої молекула вуглекислого газу об'єднується з двома молекулами сірководню, утворюючи мурашиний альдегід і воду, а атоми сульфуру (сірки) при цьому виділяються в атмосферу [3]:

СО2 + 2Нр + Ну => СН2О +Н20 + Б.

Найбільше значення в природі має реакція фотосинтезу, що відбувається в зеленій частині рослин за наявності хлорофілу. На першій стадії вуглекислий газ розкладається на оксид карбону (IV) й кисень:

2СО 2 + 2^ -- 2С0 + О2.

З'єднуючись із водою, оксид карбону (IV) утворює мурашиний альдегід, який у процесі полімеризації приводить до утворення вуглеводнів, зокрема глюкози. Чистий кисень при цьому виділяється в атмосферу. Завдяки реакції фотосинтезу зелені рослини щодня утворюють приблизно 1 млрд. тонн органічних речовин і виділяють понад 1,1 млрд. тонн кисню, підтримуючи таким чином сталу кількість кисню в атмосфері. Поглинаючи кванти світла, що надходять від Сонця, й вуглекислий газ із повітря, рослини забезпечують нас продуктами харчування й киснем для дихання [9].

Одним з найпоширеніших застосувань фотоелементів у техніці є використання їх у звуковому кіно для відтворення звуку, записаного на кінострічці у вигляді звукової доріжки. Щоб студенти зрозуміли, як утворюється звукова доріжка, слід дати принцип звукозапису на самостійне опрацювання [4].

Можна дати на самостійне ознайомлення використання фотоемульсійного методу в ядерній фізиці, що його розробили радянські вчені Л.В. Мисовський і А.П. Жданов [5].

На занятті пропонується зробити дві вправи: 1. Дається фотовідбиток, отриманий контактним способом з паперової кальки, на якій тушшю зроблений малюнок або написаний текст. Яким чином отриманий цей відбиток. 2. Дається негатив і діапозитив. Потрібно відповісти, як вони отримані. В якості домашнього завдання можна запропонувати кілька дослідів з фотопапером: 1) фотопластинки або фотоплівку (негатив) прикладіть до світлочутливого шару фотопаперу і засвітіть її протягом тривалого часу. Описати і пояснити його результат; 2) накласти на фотопапір два квадратика, вирізаних з червоного і синього целофану, і засвітити його. Описати результати досліду і пояснити їх (можна користуватися кольоровими скельцями); 3) за допомогою збиральної лінзи отримати зображення нитки розжарювання електричної лампи на листку фотопаперу. Протягом декількох хвилин не міняти положення і розмірів зображення. Описати і пояснити результати досвіду [6].

Можна запропонувати студентам самостійно докладніше розібрати механізм сенсибілізованих реакцій. У деяких випадках фотохімічні реакції відбуваються навіть в інтервалі частот, які не викликають фотохімічних перетворень у тілі. Щоб це здійснити, треба до даної речовини добавити іншу, яка поглинає світло даної частоти (сенсибілізатор). Молекула сенсибілізатора, вбираючи фотон, переходить у збуджений стан, в якому може перебувати певний час. Зіткнувшись у такому стані з молекулою вихідної речовини, вона може викликати в останній перетворення.

Підкреслюють велике значення сенсибілізованих реакцій. До речі, асиміляція вуглецю в процесі фотосинтезу також сенсибілізована реакція. Роль сенсибілізатора виконує хлорофіл листя рослин. Сенсибілізація використовується досить широко у фотографії для підвищення чутливості фотоматеріалів до червоної та інфрачервоної ділянок спектра [5].

Особливо важливе значення мають сенсибілізатори під час поглинання світла живими організмами. Роль сенсибілізаторів у цих випадках виконують еозин, метиленова синька, хлорофіл у рослин та порфірин у тварин.

Теплова дія сонячного світла застосовується в медицині для лікування. Сонцелікування, або геліотерапію, застосовують як природний засіб гартування організму. У процесі геліотерапії на організм людини одночасно діють видимі, інфрачервоні та ультрафіолетові кванти світла. Кванти видимого світла спричинюють деяке нагрівання тіла, що збуджує нервову систему. Енергія інфрачервоних квантів частково перетворюється на теплову енергію м'яких тканин, а частково використовується організмом для утворення ферментів і гормонів. Ультрафіолетові кванти зумовлюють фотохімічні реакції, внаслідок яких у тканинах утворюється вітамін Б й виникає пігментація шкіри.

Дозування сонячної радіації під час геліотерапії здійснюється за допомогою актинометрів і розрахункових таблиць. У лікувальній практиці за біологічну дозу сонячної радіації приймають таку кількість сонячної енергії, яка поглинається м'якими тканинами протягом 20 хв. Проте доза сонячної радіації, вимірювана за проміжком часу опромінювання, має значні індивідуальні відхилення й потребує корекції в процесі лікування.

Геліотерапію проводять в аеросоляріях, на пляжах або на відкритих майданчиках. Але можлива геліотерапія й концентрованими променями за допомогою світлових ванн. Світлова ванна являє собою каркас циліндричної форми, на внутрішніх стінках якого змонтовані лампи розжарювання потужністю по 40 Вт кожна. Лампи з'єднані між собою паралельно в дві групи, що дає змогу вмикати їх окремими групами (секціями) або обидві секції одночасно. Світлотеплова ванна для тулуба має 12, а ванна для кінцівок 6 або 8 ламп. У цьому випадку тіло хворого зазнає дії інфрачервоних та видимих променів світла й одночасно з цим теплого повітря, яке прогрівається променями до 40-70°С [3]. На закінчення вивчення даної теми пропонуємо самостійну роботу.

Висновки

Отже, нами було доведено, що вплив принципу індивідуалізації на процес формування предметних компетентностей при вивченні хімічної та теплової дії світла у студентів є очевидним, оскільки врахування вікових та індивідуальних особливостей студентів дає можливість швидко адаптуватись до вузівських умов і подальшому повноцінному розвиткові, активізуватись в процесі навчання, а також забезпечують інтелектуальний розвиток студента, його мислення, самооцінку, сформувати в них здатність реалізуватись і застосовувати набуті фізичні знання в житті. Вважаємо, що формування предметних компетентностей у студентів не може бути забезпечене без засобів індивідуалізації навчання, знання і застосування яких потребує постійного творчого пошуку й удосконалення.

Список використаних джерел

1. Атаманчук П.С. Інноваційні технології управління навчанням фізики : монографія / П.С. Атаманчук. Кам'янець-Подільський : Кам'янець-Подільський державний педагогічний університет, інформаційно-видавничий відділ, 1999. 174 с.

2. Атаманчук П.С. Дидактичні основи формування фізико-технологічних компетентностей учнів : монографія / П.С. Атаманчук, О.П. Панчук. Кам'янець-Подільський : К-ПНУ, 2011. 252 с.

3. Шевченко А.Ф. Основи медичної і біологічної фізики: підручник / А.Ф. Шевченко. К. : Медицина, 2008. 656 с.

4. Гончаренко С.У Методика навчання фізики в середній школі / С.У Гончаренко, М.Й. Розенберг. К. : Радянська школа, 1974. 232 с.

5. Борбат О.М. Методика викладання оптики / О.М. Борбат, В.В. Смолянець. К. : Радянська школа, 1978. 110 с.

6. Резніков Л.І. Фізична оптика в середній школі / Л.І. Резніков. М. : Просвещение, 1971. 264 с.

7. Фізика. Оптика і хвилі / під ред. А.С. Ахматова. М. : Наука, 1973. 400 с.

8. Методика преподавания физики в 8-10 классах средней школы. Часть 2 / под ред. В.П. Орехова и А.В. Усовой. М. : Просвещение, 1980. 348 с.

9. Ємчик Л.Ф. Медична і біологічна фізика : підручник / Л.Ф. Ємчик, Я.М. Кміт. Львів : Світ, 2003. 592 с.

Размещено на Allbest.ru