Формування змісту поняття хімічної сировини для навчання студентів технічних спеціальностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формування змісту поняття хімічної сировини для навчання студентів технічних спеціальностей

Лазарєв М.І.,

Лазарєва Т.А.,

Хімічна промисловість посідає одне з ключових місць як у вітчизняній, так і у світовій економічній системі. Розвитку хімічної галузі в Україні сприяє впровадження низки законопроектів, активна робота Союзу хіміків України та Федерації роботодавців. За останніми результатами роботи уряду прийнято проект "Стратегії розвитку хімічної галузі до 2030 року", який передбачає створення нових та модернізацію наявних хімічних підприємств, нарощення внутрішнього виробництва азотних та комплексних добрив, засобів захисту рослин та інших агрохімікатів, створення конкурентної сировинної бази, розвиток внутрішньогалузевих технологічних ланцюгів на базі чинних виробництв, створення нових хімічних виробництв, необхідних для розвитку суміжних галузей промисловості, ефективне імпортозаміщення [1]. Слід відзначити також, що хімічна галузь характеризується широкою сировинною базою. Вона використовує мінеральну сировину із земних надр (калійні і кухонні солі, фосфорити, апатити, сірку), паливні мінеральні ресурси (нафту, природний газ, вугілля, сланці), рослинну та тваринну сировину, відходи металургії, харчової та легкої промисловості.

Такі особливості хімічної галузі актуалізують проблему відповідної підготовки висококваліфікованих фахівців хімічного профілю, які мають бути конкурентоспроможними, володіти сучасними знаннями та досягненнями науки і технологій, бути компетентними, мусять мати як спеціалізовані, так і між- та мультидисциплінарні знання, вміння, навички, володіти системним і глобальним мисленням, мати сформовані поняття сировини хімічних технологій.

Теоретичні та методологічні аспекти формування змісту навчання досліджувалися багатьма вченими. Значний вклад у дослідження цього напряму внесли Ю. Бабанський, В. Беспалько, Б. Гершунський, С. Гончаренко, Р Гуревич, В. Краєвський, Н. Ничкало, П. Підкасистий, В. Петренко, М. Скаткін, А. Хуторський та ін. Практичні аспекти формування змісту навчання основ хімічних технологій встановили А. Амелін, Н. Антрапцева, В. Байрамов, В. Бєсков, Н. Буринська, О. Кутєпов, І. Мухльонов, Є. Орлова, З. Царьова. Вивченню особливостей процесу формування хімічних понять присвячені дослідження Н. Буринської, Л. Величко, Л. Гузея, Л. Кузнецова, Н. Кузнєцової, Ю. Ходакова, Г. Хомченка, Н. Чайченко, І. Черткова, С. Шаповаленка, Г. Шелінського, Н. Шиян, О. Ярошенко. Але науковцями не досить уваги приділено формуванню змісту поняття сировини хімічних технологій для студентів технічних спеціальностей в процесі вивчення дисципліни "Основи хімічної технології".

Метою дослідження є обґрунтування та розроблення змісту навчання основ хімічних технологій з використанням концептуальної структури поняття "Сировина хімічної технології".

Дисципліна "Основи хімічної технології" є однією із важливих для підготовки майбутніх фахівців хімічних спеціальностей, яка впливає на подальше вивчення та засвоєння навчального матеріалу таких курсів, як "Процеси та апарати хімічних виробництв", "Технології хімічної галузі", "Обладнання хімічних виробництв".

Аналіз хімічних технологій виробництва неорганічних та органічних речовин, лікарських речовин та препаратів, біологічних субстанцій, виробництва хімічних засобів захисту рослин, виробництва товарів побутової хімії, виробництва нафтопродуктів та ін. дав змогу визначити основні її складники, а саме: сировина; хімічні реакції; хіміко-технологічні процеси; обладнання хімічних виробництв. Формування цих понять є важливим етапом підготовки майбутніх фахівців хімічних спеціальностей.

Для опису хімічних понять застосуємо модель [2]:

P = { Я, S, D, Н }, (1)

де Р - поняття, яке представляє об'єкт чи процес технічної галузі знань;

Я - множина ієрархічних ознак призначення об'єкта чи процесу;

5 - множина ієрархічних ознак складу, будови, конструкції об'єкта чи процесу;

D - множина ієрархічних ознак принципів і механізмів дії та функціонування об'єкта чи процесу;

Н- множина ієрархічних ознак показників, параметрів та характеристик об'єкта чи процесу.

Встановимо зміст поняття сировини хімічної технології за ознаками призначення; складу, будови та конструкції; принципів і механізмів дії; показників, параметрів та характеристик.

У хімічній промисловості за призначенням сировина застосовується:

- у технологіях неорганічних речовин для виробництва неорганічних кислот, мінеральних солей, лугів, добрив, хімічних кормів, хлору, аміаку, кальцинованої соди та ін.;

- у технологіях органічних речовин для виробництва синтетичних барвників та смол, пластмасових мас, штучних та синтетичних волокон, хімічних реактивів;

- у хіміко-фармацевтичній галузі для виробництва лікарських речовин та препаратів, біологічних субстанцій, ветеринарних препаратів тощо;

- у галузі з виробництва хімічних засобів захисту рослин, а саме пестицидів: інсектицидів, гербіцидів, фунгіцидів, акарицидів та ін.;

- у галузі з виробництва товарів побутової хімії, а саме мила, мийних засобів, косметичних товарів;

- у нафтохімічній галузі у виробництві каучуку та нафтопродуктів;

- у гірничо-хімічній галузі у збагаченні хімічної мінеральної сировини - калійних солей, фосфоритів, апатитів та ін.

Визначимо зміст поняття сировини за складом, будовою та структурою (5). З аналізу наукових робіт [3-10] за хімічним складом виділяють сировину неорганічну та органічну. Залежно від агрегатного стану у хімічних технологіях застосовують газоподібну, рідку та тверду сировину. За походженням сировина може бути природна та штучна. Згідно із сучасними технологіями з ресурсозбереження, у виробництві може бути використана як первинна сировина, так і вторинна, яка є відходом іншого виробництва, споживання або побічним продуктом виробництва. У гірничо-хімічній галузі під час аналізу сировини враховують кількість корисної речовини та пустої породи. Отже, ця характеристика теж може бути врахована у формуванні змісту поняття сировини за складом та структурою. Концептуальну структуру поняття "Сировина" у хімічних технологіях за ознаками призначення, будови, складу та структури представлено на рис. 1.

Визначимо зміст поняття сировини у хімічних технологіях за ознакою принципів і механізмів дії ф). Для підготовки сировини до виробництва застосовують різні методи. Кожний метод визначається за механізмом та принципом впливу на сировину.

Вибір методу підготовки сировини залежить від властивостей сировини та її фазового стану (газоподібна, рідка чи тверда сировина) [3-10]. З аналізу наукових джерел [3-10] визначено такі методи, як фізичні, фізико-хімічні, хімічні та біохімічні.

За принципом дії фізичні способи базуються на перебігу фізичних процесів під дією чинників, які не призводять до хімічних перетворень. До таких способів належать [3-10]: розсіювання, гравітаційне розділення, електромагнітна та електростатична сепарація, флотація, ректифікація, випарювання, кріогенний метод, адсорбційний та абсорбційний методи впливу на сировину. До фізико-хімічних належать такі методи впливу на сировину, внаслідок яких спостерігаються зміни її хімічного складу, що відбуваються під впливом фізичних факторів. Хімічні способи впливу на сировину ґрунтуються на зміні її хімічного складу внаслідок хімічних перетворень під дією спеціально введених у систему реагентів. Біохімічні методи ґрунтуються на застосуванні в технологіях впливу на сировину мікроорганізмів, які використовують цінний компонент або домішки як поживну речовину.

Визначимо зміст поняття сировини у хімічних технологіях за ознакою її характеристик, критеріїв та параметрів. Під час аналізу хімічної сировини враховують фізичні характеристики [3-10]:

- структурно-фізичні, що характеризують особливості фізичного стану матеріалу (істинна густина, питома вага, середня густина, насипна густина, пористість, порожнистість);

- гідрофізичні, які зумовлюють реакцію матеріалу на дію вологи (гігроскопічність, капілярне всмоктування, водопоглинання, водостійкість, вологість, водопроникність, гідрофільність, гідрофобність, вологові деформації, морозостійкість);

Рис. 1. Концептуальна структура поняття "сировина " за ознаками призначення, будови, складу та структури

- теплофізичні, що визначають реакцію матеріалу на дію теплоти і вогню (теплопровідність, теплостійкість, вогнестійкість, температурні деформації, вогнетривкість, жаростійкість тощо);

- фізико-механічні, які характеризують здатність матеріалу чинити опір руйнуванню під дією різних механічних навантажень (міцність у разі стиску, розтягу, вигину, твердість, опір удару, деформаційні властивості);

- фізико-хімічні, що характеризують взаємозв'язок фізичного та хімічного станів чи хімічних процесів, що відбуваються у матеріалі (дисперсність, в'язкість, пластичність, когезія, адгезія, здатність до твердіння чи емульгування).

Визначають хімічні характеристики, які вказують на здатність сировини до хімічних перетворень у взаємодії з речовинами, що контактують з ним, а саме стійкість до мінералізованих середовищ, кислотостійкість, лугостійкість, токсичність.

Важливими для використання у хімічних процесах є технологічні характеристики, які визначають здатність матеріалу сприймати технологічну обробку чи переробку. До таких відносять подрібнюваність, розпи- люваність, абразивність, формоутворення, злежуваність, розшаровуваність, сипкість та ін. Концептуальну структуру поняття "сировина" у хімічних технологіях за ознаками принципу та механізму дії, характеристик та параметрів представлено на рис. 2.

Рис. 3. Типи зв'язків в концептуальній структурі поняття "сировина"

Процес формування поняття пов'язаний із визначенням зв'язків між його ознаками. Виявимо зв'язки, які утворюються між ознаками призначення (Я), будови, складу та структури (5), принципу та механізму дії (П), характеристик та параметрів (Н) для поняття "сировина". Між ознаками Я, 5, П, Н встановлюються функціональні зв'язки. Так, склад сировини визначає її призначення та використання у хімічних технологіях.

Важливим у хімічних технологіях є розуміння зв'язків між ознаками склад - будова - характеристики та властивості сировини. Так, хімічний склад, наявність визначених хімічних елементів у складі сировини зумовлює її будову та структуру, що, своєю чергою, вказує на властивості сировини.

Структура та будова сировини, характеристики, властивості та параметри зумовлюють принципи та механізми впливу на сировину з метою її обробки та використання у хімічних технологіях.

У підсистемі множини ознак призначення встановлюються родо-видові зв'язки. У підсистемі множини ознак складу між S та елементами Sb S2, S3, S4 встановлюються зв'язки "частина - ціле". У підсистемі множини ознак механізму та принципу дії, характеристик та параметрів встановлюються зв'язки "елемент - множина" (рис. 3) [11].

Структурування та визначення типів зв'язків між ознаками поняття створює умови для ефективного засвоєння навчального матеріалу у вигляді цілісної системи, запам'ятовування значних обсягів навчальної інформації та підвищує якість навчання.

Висновки

Отже, встановлено зміст поняття "сировина хімічних технологій", впровадження якого в процес підготовки майбутніх фахівців хімічних спеціальностей дасть змогу сформувати у студентів сучасні знання, практичні вміння та навички, оволодіти системним і глобальним мисленням, покращити якість навчання.

Перспективами подальших досліджень є розроблення методів навчання студентів хімічних спеціальностей на засадах формування концептуальної структури поняття сировини хімічних технологій.

Використана література