Совершенствование подготовки в сфере техносферной безопасности при создании нового методического обеспечения по химии и материаловедению

Н.М. Твердынин, Л.Р. Шарифуллина

Key words: pedagogy, teaching methods, chemistry, materials science, laboratory practical work, demonstration experiment.

Становление будущего профессионала начинается с базовой подготовки по предметам, которые, являясь обязательными для изучения, далеко не всегда воспринимаются самими обучающимися как безусловно необходимые. Чтобы избежать подобного восприятия, необходимо создание и внедрение в учебный процесс качественно нового методического обеспечения, которое позволило бы не только модернизировать и интенсифицировать учебный процесс, но и сформировать у курсантов и студентов устойчивое понимание того, что такая область деятельности, как техносферная безопасность, по своей сути многопрофильна и интегрирует в себе знания из многих областей науки, техники, гуманитарного знания и целый ряд практических приемов, методов и ситуативных решений (обыденное знание). Это, с одной стороны, делает носителя профессиональных знаний по техносферной безопасности многопрофильным и широко эрудированным, а с другой - требует прочных знаний базовых дисциплин, к которым относятся химия и материаловедение.

Каждый из этих предметов, тесно связанных между собой, имеет свои специфические трудности изучения. В данной статье рассматривается ряд аспектов, которые эти трудности вызывают, и предлагаются пути их преодоления за счет различных форм повышения качества обучения.

За последние несколько лет в Академии гражданской защиты МЧС России было проведено значительное количество исследований по методике преподавания различных дисциплин, которые нашли отражение в ряде публикаций [1, 2, 8]. Тем не менее вопросы активизации творческого потенциала обучающихся по отношению к таким предметам, как химия и материаловедение практически не затрагивались.

Для того чтобы понять направление выстраивания единой методологической концепции по изучению химии, материаловедения и других дисциплин, которые преподаются на кафедре химии и материаловедения Академии, необходимо проанализировать роль и место этих дисциплин в общей системе подготовки выпускников Академии и внутреннюю взаимосвязь этих предметов между собой. (Всего на кафедре с учетом всех уровней и форм обучения преподается восемь различных дисциплин: 1) «Химия» - комплексный курс, рассчитанный на два семестра, 2) «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», 3) «Материаловедение и электрорадиоматериалы», 4) «Эксплуатационные материалы», 5) «Радиационная химия», 6) «Физикохимические процессы в техносфере», 7) «Физико-химические основы развития и тушения пожаров».)

При этом курс химии, относясь к естественнонаучным предметам, является базовым по отношению к курсу «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». В свою очередь, данный курс «наводит мосты» по отношению к дисциплинам, которые по своей сути связаны с формированием у обучающихся профессиональных компетенций.

Основная методологическая проблема, с которой при этом сталкиваются преподаватели и сотрудники кафедры химии и материаловедения Академии, состоит в том, что конкретные методики по каждой из перечисленных выше дисциплин, изучаемых на кафедре, не могут рассматриваться лишь в простой последовательности. То есть взаимосвязь между предметами, которые ведут педагоги кафедры, достаточно сложна и «нелинейна», хотя базисные химические (как и физические) знания лежат в основе курса материаловедения, а без них, в свою очередь, невозможно качественное освоение остальных курсов физико-химической и технологической направленности. Рассмотрим далее эти взаимосвязи и «внутренние» проблемы каждого из кафедральных курсов, без чего нельзя говорить не только о методологических новациях, но и об обновлении частных методик применительно к каждой из рассматриваемых дисциплин.

При изучении химии, начиная с разделов, касающихся строения вещества и основ химической термодинамики, обучающийся сталкивается с понятиями (атомные и молекулярные орбитали, энтальпия, энтропия и ряд других), которые крайне сложно представить практически (овеществленно). Необходимо учитывать, что большинство курсантов и студентов, обучающихся на первом курсе (как уже отмечалось, химия читается в первом и втором семестрах) не обладают навыками абстрактного мышления и поэтому испытывают ряд трудностей.

В качестве дискуссионной хотелось бы высказать мысль о том, что попытки максимально проиллюстрировать физико-химические процессы и понятия, в том числе и с использованием информационных технологий, могут приводить к обратному результату. В частности, некоторые студенты, начинают воспринимать соединительные проволочки на структурных моделях молекул в качестве реального отображения связей, существующих между атомами. При рассмотрении термодинамических условий протекания химической реакции многим обучающимся крайне сложно понять, что отрицательные значения изобарно-изотермического потенциала не являются абсолютным критерием для возможности протекания реакции и, в зависимости от условий, могут колебаться в пределах нескольких десятков кДж/моль. Неправильное понимание данного вопроса приводит к значительным сложностям в понимании материала такого предмета, как «Физико-химические основы развития и тушения пожара», а это уже влияет на уровень сформированной^ профессиональных компетенций будущего выпускника.

Не менее ложные аналогии могут возникать у изучающих химию при освоении сведений, связанных с диссоциацией и гидролизом. В более узком плане построения методики изучения химии эти темы, как показывает многолетняя практика преподавания химии в вузах, успешно решается, хотя тему «Гидролиз» большинство изучающих химию усваивает хуже, чем тему «Диссоциация». Однако при рассмотрении в дальнейшем в ряде курсов кафедры вопросов влияния окружающей среды (как природной, так и техногенной) на материалы оказывается, что изучающие химию не могут понять принципиальную разницу между этими процессами. Данное непонимание опасно не тем, что курсант или студент получит сниженную из-за неточного ответа оценку, а тем, что при изучении в последующих курсах сведений о воздействии на различные материалы и конструкции химическо-активной среды он не сможет дать этим процессам правильную оценку. Это в конечном итоге влияет на то, насколько компетентным в своей профессии окажется будущий выпускник Академии и, соответственно, насколько успешно сложится его судьба как профессионала.

Учитывая, что сведения, содержащиеся во всех анализируемых в методологическом плане дисциплинах, связаны, представляется логичным обратиться к методике, предполагающей на каждом новом уровне изучаемого материала возврат к основным физико-химическим сведениям с одновременным изложением обучающимся (достаточно кратко) сведений о реальном применении базовых знаний. При этом подбор примеров с соответствующим аудио- и видеоматериалом, имеющим отношение к работе МЧС и представляемым с помощью информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), должен быть обязателен. Особенно это относится к тем сведениям, которые на этапе изучения курса химии, главным образом элементов физической химии, кажутся им абстрактными и ненужными. Наиболее целесообразным это представляется делать во время лабораторных работ, а также проведения лабораторно-демонстрационных экспериментов в ходе чтения лекций.

При изучении курса «Материаловедение. Технология конструкционных материалов», помимо уже изложенных выше методических соображений и приемов, необходимо учитывать, что материаловедение двойственно в науковедческом плане. С одной стороны, теоретическое материаловедение представляет естественнонаучную физико-химическую дисциплину, но, с другой стороны, это прикладная технологическая дисциплина, описывающая множество конкретных технологических процессов: термическая обработка (закалка, отпуск, отжиг, нормализация), химико-термическая обработка и многие другие. Во время изучения сведений по материаловедению и технологии конструкционных материалов «возвратно-поступательная многоуровневая методика», о которой говорилось применительно к изучению курса химии, становится еще более сложной, поскольку призвана объединить во взаимодействии и взаимовлиянии естественнонаучное и технологическое знание [3]. Одновременно возможно значительное обогащение интеллектуального багажа студентов и курсантов за счет более глубоко понимания базисных вопросов материаловедения, основой которых является химическое знание. Более подробно данная проблематика рассмотрена в работе [7].

Необходимым условием активизации потенциала курсантов и студентов является также их знакомство с наиболее передовыми технологиями. В области материаловедения и технологии конструкционных материалов это лазерные, плазменные, вакуумные, детонационные, электрофизические (ЭФО), электрохимические (ЭХО) и особенно бурно развивающиеся в последние несколько десятилетий нанотехнологии [4]. В настоящее время наноматериалы стали активно применяться для создания качественно нового оборудования [6], которое открывает новые перспективы в плане повышения устойчивости и безопасности самых различных конструкций, узлов и агрегатов. Данные аспекты применения этих материалов при правильной методической подаче учебного материала не могут не заинтересовать обучающихся в Академии.

Именно решение проблемы прочности и надежности материалов и конструкций и, соответственно, обеспечение безопасной эксплуатации изделий из них и является тем «узлом», который связывает сведения, излагаемые в курсах «Химия» и «Материаловедение. Технология конструкционных материалов». В настоящее время ведутся достаточно глобальные исследования [5], объединяющие конструкционное материаловедение с проблемами безопасности.

Внедрение результатов таких исследований в учебный процесс (разумеется, в трансформированном и адаптированном виде) - еще одно направление совершенствования методического обеспечения читаемых на кафедре учебных дисциплин.

Вопросы, посвященные совершенствованию методики преподавания и взаимосвязи других дисциплин, преподаваемых на кафедре, а также вопросы, посвященные специфике лабораторного, демонстрационного эксперимента, совершенствованию лабораторных практикумов и методики проведения практических занятий, как надеются авторы, будут раскрыты в следующих статьях по данной тематике.

курсант химия материаловедение трудности