ON THE FORMATION OF PROFESSIONAL COMPETENCIES OF BACHELOR STUDENTS IN THE STUDY OF CHEMICAL DISCIPLINES

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2022.119.5.094

ФОРМИРОВАНИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ У СТУДЕНТОВ-БАКАЛАВРОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ХИМИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

Научная статья

Хромцова Е.В.^1, *, Растанина Н.К.², Яворская Е.В.³

¹ORCID: 0000-0002-3535-092Х;

^{1, 2} Тихоокеанский государственный университет (ТОГУ), Хабаровск, Россия;

³ Хабаровский краевой институт развития образования, Хабаровск, Россия

* Корреспондирующий автор (khromtsova.e[at]mail.ru)

Аннотация

В статье рассматривается и анализируется опыт работы авторов преподавания химических дисциплин, направленный на формирование профессиональных компетенций у студентов-бакалавров экологической направленности. Предлагаются инновационные методики проведения лекционных занятий. Предварительно по плану студент самостоятельно находит в литературе, в электронных ресурсах фрагменты информации, формируя собственное информационное поле по изучаемой химической дисциплине, после обсуждаемое на лекции. Для формирования готовности студентов к научной деятельности предлагается проведение лабораторных занятий как учебно-исследовательских работ. Объективное оценивание сформированных компетенций, контроль систематических знаний по изучаемым химическим дисциплинам позволяют осуществить разработанные авторами оценочные средства.

Ключевые слова: компетенции, химические дисциплины, современные тенденции образования, инновационные методики проведения занятий, оценочные средства.

ON THE FORMATION OF PROFESSIONAL COMPETENCIES OF BACHELOR STUDENTS IN THE STUDY OF CHEMICAL DISCIPLINES

Research article

Khromtsova E.V.^1, *, Rastanina N.K.², Yavorskaya E.V.³

¹ ORCID: 0000-0002-3535-092X;

^{1, 2} Pacific National University, Khabarovsk, Russia;

³ Khabarovsk Regional Institute of Education Development, Khabarovsk, Russia

* Corresponding author (khromtsova.e[at]mail.ru)

Abstract

The article examines and analyzes the experience of authors of teaching chemical disciplines aimed at the formation of professional competencies among bachelor students of the environmental profile. The study offers innovative methods of conducting lectures. Previously, according to a plan, a student independently finds fragments of information in literature, electronic resources, forming their own information field on their discipline in chemistry, after which it is discussed at the lecture. To form student readiness for scientific activity, it is proposed to conduct laboratory classes as educational and research works. An objective assessment of the formed competencies, control of systematic knowledge on their discipline allow for implementing the evaluation tools developed by the authors.

Keywords: competencies, chemical disciplines, modern educational trends, innovative methods of conducting classes, evaluation tools.

Профессиональный образовательный процесс в современных реалиях ориентирован на обучение, индивидуализированное по времени, темпам, содержанию, свободе выбора самими студентами образовательной стратегии и путей её реализации. И при этом необходим контроль качества знаний и сформированности профессиональных компетенций, которые определяются уровнем требований, изложенных в стандартах образования.

Учитывая современную тенденцию организации учебного процесса – сокращение часов аудиторных занятий, увеличение часов на самостоятельную работу, перевод образовательного процесса в электронную среду, необходима модернизация обучения, методического сопровождения изучаемых химических дисциплин таким образом, чтобы у студентов-бакалавров были сформированы необходимые профессиональные компетенции.

Современные требования к выпускникам – бакалаврам подразумевают знания, умения и владение определёнными компетенциями, обеспечивающими решение поставленных задач с использованием в большей степени внешних источников знания, а не собственного их багажа. Предполагается, что такой подход обеспечивает мотивацию и успешность постоянного самообразования, системного приобретения знаний в течение всей жизни в одной отрасли и мобильности при смене сферы деятельности.

В процессе обучения педагог может ставить перед собой цель достигнуть определенного уровня усвоения знания:

I – узнавание, идентификация (на современном этапе – способность найти необходимую информацию по правильно заданным ключевым словам);

II – умение оперировать этой информацией (на современном этапе – найти оптимальную программу или алгоритм и суметь им воспользоваться для получения результата);

III – запоминание, то есть, воспроизведение этой информации в той или иной форме (вербальной, графической, математической, визуальной, модельной, игровой, экспериментальной);

IV – проецирование полученного знания в информационные поля других дисциплин, иначе говоря, генерирование нового знания или синтез различных элементов знания в нестандартной ситуации.

Таким образом, предлагается такая организация образовательного процесса, при которой всякое учебное и научно-поисковое задание, предлагаемое студентам, максимально стимулирует их рефлексивную деятельность, способствует активизации когнитивных процессов, побуждает к самостоятельному завершению работы по формированию системы профессиональных компетентностей.

Задача преподавателя – обеспечить учащемуся владение наиболее эффективными и экономичными способами доступа и фиксирования необходимой предметной информации, алгоритмами её использования при решении поставленной задачи для данной сферы деятельности специалиста и посредством инструментов изучаемой дисциплины. Преподаватель должен так организовать деятельность студентов, чтобы она вызывала у них эмоции удовлетворения, ощущение успешности, что в свою очередь влияет на формирование стойкой мотивации к профессиональной и научно-исследовательской деятельности. Большое значение имеют и методы убеждения, разъяснения, внушения, информирования, примера [1].

А на завершающем этапе преподавателю необходимо создание такого оценочного средства, который позволил бы студенту продемонстрировать владение всем набором требуемых компетенций, а преподавателю – оценить владение ими.

В статье авторы предлагают к обсуждению некоторые эффективные, с точки зрения собственного опыта, способы помочь студентам в их самостоятельной работе, а также оптимизировать их познавательную деятельность.

Целью проведенной работы является создание инновационной методики преподавания химических дисциплин, позволяющих формировать профессиональные компетенции у студентов-бакалавров, делать успешным сам процесс обучения.

Исходя из цели данной работы, определены следующие задачи: оптимизация учебного процесса; формирование положительной мотивации к обучению у студентов; контроль качества знаний и сформированных профессиональных компетенций.

При изучении дисциплины каждый студент самостоятельно формирует собственное портфолио по изучаемой дисциплине, так называемое авторами единое информационное поле дисциплины, которое включает самостоятельно собранные теоретические материалы, отчеты по лабораторным работам, выполненные практические задания, а также лист контроля изучения дисциплины.

Поэтому в первую очередь требуется изменить методику чтения лекций. Каждую лекцию необходимо предварять развернутым планом темы с четким делением на разделы (1, 2…), подразделы (1.1., 1.2…) и параграфы, если это необходимо. Этот план должен быть документирован студентом и служить алгоритмом (матрицей) для формирования единого информационного поля дисциплины на основе найденных в различных литературных источниках и электронных ресурсах фрагментов информации, излагаемых лектором авторских материалов.

Не надо на лекции предлагать изложение готового конспекта под запись или копирование – только опорные сигналы, источники получения информации, требования к содержанию. Студент должен сам сформировать конспект согласно плану лекции, используя при этом разнообразные формы представления материала. Для контроля и проверки полноты конспекта преподаватель разрабатывает перечень вопросов, ответы на которые студент должен найти в своем конспекте лекций. Эти же вопросы могут быть вынесены на экзамен. Полноту составления конспекта может стимулировать разрешение использовать его на экзамене.

Такой подход к проведению лекционных занятий был апробирован при изучении дисциплин общей и неорганической химии, органической химии, химии окружающей среды студентами-бакалаврами направления «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».

При изучении органической химии был перестроен лабораторный практикум в соответствии с концептуальными основами теоретического курса, отличающийся тем, что основу опытов составила не традиционная демонстрация свойств известных соединений, а, наоборот, обнаруживаемые на практике свойства использовались для установления присутствия характерных фрагментов и функциональных групп нескольких предложенных неизвестных органических соединений изучаемого блока. Т.е. лабораторные работы были сформированы как учебно-исследовательские.

В лабораторных работах каждому студенту выдавались три зашифрованных образца требующих анализа соединений, принадлежащих разным гомологическим рядам. Вариант задания для лабораторной работы у каждого студента свой, не повторяющийся в группе. Студенты, используя различные характерные реакции, выявляли свойства каждого из веществ и устанавливали наличие характерных фрагментов, функциональных групп и, соответственно, класс и гомологический ряд соединений. Далее следовали сравнение результатов исследований с предлагаемыми эталонными образцами и проверка результатов у преподавателя, получение информации о заданных веществах, обсуждение наблюдений, составление уравнений реакций и защита отчёта.

Такой практико-аналитический подход к организации лабораторных работ по органической химии активизирует внимание студентов на лекциях, стимулирует мотивацию к сбору информации, необходимой при выполнении аналитических операций. При этом развивается логическое мышление, идёт отбор нужных опытов, осуществляется построение индивидуальной схемы исследования, её последующая корректировка в зависимости от полученных предварительно результатов, формируются профессиональные компетенции, необходимые в будущей профессиональной деятельности экспертов-экологов. Результатами, подтверждающими сделанные выводы, являются сами отчеты по лабораторным работам, сформированные каждым студентом самостоятельно в соответствии с индивидуальной схемой исследования, т. к. в этом случае ни одна работа не дублируется.

Следует отметить, что организующим фактором для быстрого и результативного оформления лабораторных работ могут служить рабочие журналы и электронные версии методических указаний к лабораторным работам с предусмотренными в них рабочими пространствами (таблицами, графиками и т. д.) [2], [3].

Для формирования оценочного средства по дисциплине «Общая и неорганическая химия», авторы использовали предыдущий опыт формирования подобного документа по разделам «Растворы электролитов» [4], «Химия элементов» [5] и «Термодинамика и кинетика химических процессов» [6].

Завершающим этапом модернизации курса является организация креативного экзамена, который бы выявлял не только знание основ химической дисциплины, но и приобретённые студентом компетенции, его ориентированность в информационном поле дисциплины.

Разработанное оценочное средство для проведения экзамена представляет собой алгоритм многосторонней комплексной характеристики конкретного объекта окружающей среды на его микро- и макроуровнях в изучаемой дисциплине. Предлагаемые для обсуждения вопросы логично связаны и вытекают один из другого, что позволяет при недостатке конкретного знания воспользоваться сформированными компетенциями и, домыслив логическую цепочку, прийти к правильному заключению.

При этом, естественно, подразумевается доступ во время экзамена к справочникам [7], [8], [11], [12], интернет-ресурсам, демонстрационным плакатам, таблицам и схемам по дисциплине, обычно представленных в химических аудиториях, знакомство с которыми было обеспечено на лекциях, лабораторных и практических занятиях, в процессе самостоятельной работы и в ходе предварительного репетиционного экзамена по данной технологии. Обязательное условие – ограничение времени экзамена (обычно 1,5 часа).

В качестве примера авторы приводят образец экзаменационного задания по общей и неорганической химии.

«Экзаменационный билет по общей и неорганической химии (план характеристики свойств элемента, его соединений, нахождения и поведения в окружающей среде (биогеохимические циклы), методов получения).

1. Положение элемента в ПСЭ, электронное семейство. Строение слоя валентных электронов, его орбитальная диаграмма. Возможные степени окисления. Потенциалы ионизации валентных электронов.
2. Формулы оксидов и гидроксидов в зависимости от степени окисления, типы химических связей в них, кислотно-основной характер, уравнения реакций, подтверждающие кислотно-основной характер оксидов и гидроксидов.
3. Характеризовать устойчивость в окружающей среде оксидов и гидроксидов в разных степенях окисления, используя их термодинамические характеристики.
4. Характеризовать поведение в растворе гидроксидов в различных степенях окисления, подтверждённое справочными количественными характеристиками. Оценить силу электролитов в сравнении друг с другом и соседними по группе и периоду элементами со ссылкой на справочные данные. Подтвердить соблюдение общих для ПСЭ закономерностей изменения протолитических свойств в группах и периодах ПСЭ.
5. Характеризовать склонность к гидролизу ионных форм элемента в различных степенях окисления. Рассчитать значения К_гидр, α_гидр. и величину рН в 0,1 М растворах гидролизующихся ионов.
6. Характеризовать окислительно-восстановительные свойства соединений элемента в различных степенях окисления в зависимости от рН.
7. Характеризовать формы нахождения в природе: в земной коре; в растворах, в зависимости от степени окисления и рН.
8. Записать уравнения окислительно-восстановительных реакций, иллюстрирующих проявление окислительных и восстановительных свойств элемента и его соединений. Доказать расчетом ΔЕ термодинамическую вероятность протекания предложенных реакций.
9. Характеризовать склонность элемента в различных степенях окисления к образованию осадков (в соответствии с таблицами растворимости и ПР). Среди приведенных осадков указать самый прочный и наименее прочный.
10. Записать молекулярные уравнения реакций получения наиболее и наименее прочного осадков и уравнение реакции перевода одного осадка в другой.
11. Характеризовать склонность элемента в различных степенях окисления к комплексообразованию. Сравнить устойчивость различных комплексов и указать самый устойчивый из них. Для него записать уравнение электролитической диссоциации и привести значения констант нестойкости по каждой ступени. С каким количеством лигандов частица будет наиболее устойчивой? Предложить способы разрушения комплекса.
12. Привести способы промышленного получения простого вещества элемента и его наиболее востребованных соединений. Привести примеры использования их в технике и в быту.
13. Представить схему биогеохимического цикла рассматриваемого элемента в окружающей среде.
14. Характеризовать экологические свойства элемента и его соединений».

Преимущества предлагаемого оценочного средства, по мнению авторов, заключаются в том, что неполнота ответа студента по одному из пунктов, может быть компенсирована косвенной информацией по другому пункту, логично связанной с предыдущим пунктом. В любом случае, студент выстраивает логичное и последовательное изложение подхода к решению поставленной задачи (характеристике объекта исследования), демонстрирует умение работать с информационными ресурсами, владение алгоритмами применения этих ресурсов и представления результатов.

Для оценки эффективности предлагаемой методики преподавания был проведен сравнительный анализ результатов сессии в группах, изучающих химические дисциплины (см. таблицу 1).

Таблица 1 – Результаты сессии групп ООС по некоторым химическим дисциплинам

Дисциплина (семестр, в котором изучается)	Группа	Всего студентов по списку	Число студентов, сдавших экзамен по расписанию	Успеваемость, %
Общая и неорганическая химия (2 семестр)	ООС-31*	14	10	71,4
	ООС-41**	8	7	87,5
	ООС-51**	12	11	91,7
Органическая химия (4 семестр)	ООС-31*	14	10	71,4
	ООС-41**	8	8	100
	ООС-51**	12	12	100

Окончание таблицы 1 – Результаты сессии групп ООС по некоторым химическим дисциплинам

Дисциплина (семестр, в котором изучается)	Группа	Всего студентов по списку	Число студентов, сдавших экзамен по расписанию	Успеваемость, %
Химия окружающей среды (5 семестр)	ООС-21*	17	12	70,6
	ООС-31**	14	13	92,6
	ООС-41**	8	8	100
	ООС-51**	12	11	91,7

Примечание: * – группа, изучающая дисциплину по традиционной методике; ** – группа, изучающая дисциплину по инновационной методике

Данные таблицы 1 показывают, что предлагаемая методика делает продуктивным сам процесс обучения.

Заключение

Разработанные авторами методики проведения лекций, лабораторных занятий при изучении химических дисциплин позволяют сформировать у студентов-бакалавров представления о сфере своей деятельности, необходимые в будущем профессиональные компетенции, навыки самоорганизации и психологической готовности к решению поставленных задач.

Экзамены, проводимые по предлагаемой технологии, были использованы также при проведении итоговой аттестации по органической химии и химии окружающей среды, они показали практически 100%-ную успеваемость и достаточно чётко позволили определить уровни усвоения компетенций.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Самсонова Е. В. Компоненты культуры учебно-исследовательской деятельности студентов младших курсов вуза / Е. В. Самсонова // Молодой ученый. — 2015. — №7. — С. 859-861.
2. Чекмарева Л. И. Химия окружающей среды: лабораторный практикум : учеб. пособие / Л. И. Чекмарева, Ж. Н. Янковец ; [под ред. Л. И. Чекмаревой] . − Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2018. -138 с.
3. Гомза Т. В. Рабочий журнал к лабораторным работам по химии : учебное пособие / Т. В.Гомза, Е. В. Хромцова. - 3-е изд., стер. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2019. -60 с.
4. Чекмарева, Л. И. Характеристика растворов электролитов : учебное пособие / Л. И. Чекмарева, Е. В. Хромцова, Ж. Н. Янковец ; [науч. Ред. В. А. Яргаева]. – 2-е изд., доп. и перераб. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2017. – 198 с. : ил.
5. Чекмарева Л.И. Проектные технологии для бакалавриата при изучении химии элементов / Л.И. Чекмарева, Е.В. Хромцова // Образование. Наука. Карьера: Материалы междунар. науч.-метод. конф. (Курск, 24 янв. 2018 г.). В 2-х т. Т. 2 / Редкол.: А.А. Горохов (отв. ред.); Юго-Зап. гос. ун-т. – Курск: Изд-во ЗАО «Университетская книга», 2018. – С. 188–192.
6. Панасюк Т.Б. Химия. Многовариантные задания и примеры их выполнения: Учеб. пособие / Т.Б. Панасюк, В.А. Яргаева. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. унта, 2014. – C. 43–64.
7. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии / Ю.Ю. Лурье. – М.: Книга по Требованию, 2012. – 440 с.
8. Рабинович В.А. Краткий химический справочник. Изд. 3-е изд., испр. и доп. / В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. – Л. : Химия, 1991. – 432 с.
9. Краткий справочник физико-химических величин / Под ред.: А.А. Равделя, А.М. Пономаревой. – 10-е изд., испр. и доп. – СПб.: Иван Федоров, 2003. – 240 с.
10. Свойства неорганических соединений. Справочник / А.И. Ефимов и др. – Л.: Химия, 1983. – 392 с.
11. Справочник химика. – Т. 5. – 2-е изд., перераб. и доп. – М. – Л.: Химия, 1968. – 974 с.
12. Артёменко А.И. Справочное руководство по химии: Справ. пособие / А.И. Артёменко, В.И. Тикунова, В.А. Малеванный. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 367 с.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Samsonova E. V. Komponenty kul'tury uchebno-issledovatel'skoj dejatel'nosti studentov mladshih kursov vuza [Components of the culture of teaching and research activities of undergraduate students of the university] / E. V. Samsonova // Molodoj uchenyj [young scientist]. — 2015. — №7. — P. 859-861. [in Russian]
2. Chekmareva L. I. Himija okruzhajushhej sredy: laboratornyj praktikum : ucheb. posobie [Environmental Chemistry: Laboratory Workshop: tutorial] / L. I. Chekmareva, Zh. N. Jankovec ; [edited by L. I. Chekmarevoj] . − Habarovsk : Publishing house Tihookean. gos. un-ta, 2018. - 138 p. [in Russian]
3. Gomza T. V. Rabochij zhurnal k laboratornym rabotam po himii : uchebnoe posobie [Work journal for laboratory work in chemistry: tutorial] / T. V. Gomza, E. V. Hromcova. - 2nd edition, ster. - Habarovsk : Publishing house Tihookean. gos. un-ta, 2019. - 60 p.[in Russian]
4. Chekmareva, L. I. Harakteristika rastvorov jelektrolitov : uchebnoe posobie [Characterization of electrolyte solutions: tutorial] / L. I. Chekmareva, E. V. Hromcova, Zh. N. Jankovec ; [edited by V. A. Jargaeva]. – 2nd edition. – Habarovsk : Publishing house Tihookean. gos. un-ta, 2017. – 198 p. : il. [in Russian]
5. Chekmareva L.I. Proektnye tehnologii dlja bakalavriata pri izuchenii himii jelementov / L.I. Chekmareva, E.V. Hromcova [Project technologies for undergraduate studies in the study of the chemistry of elements] // Obrazovanie. Nauka. Kar'era: Materialy mezhdunar. nauch.-metod. konf. [Education. The science. Career: Materials of the international. scientific method. conf.] (Kursk, 24Jan 2018 ). in 2 vols. Vol. 2 / edited by A.A. Gorohov; Jugo-Zap. gos. un-t. – Kursk: Publishing house ZAO «Universitetskaja kniga», 2018. – P. 188–192. [in Russian]
6. Panasjuk T.B. Himija. Mnogovariantnye zadanija i primery ih vypolnenija: Ucheb. posobie [Multivariate tasks and examples of their implementation: tutorial] / T.B. Panasjuk, V.A. Jargaeva. – Habarovsk: Publishing house Tihookean. gos. unta, 2014. – P. 43–64. [in Russian]
7. Lur'e Ju.Ju. Spravochnik po analiticheskoj himii [reference book of Analytical Chemistry] / Ju.Ju. Lur'e. – M.: Kniga po Trebovaniyu, 2012. – 440 p. [in Russian]
8. Rabinovich V.A. Kratkij himicheskij spravochnik. [Brief Chemical reference book]. 2nd edition. / V.A. Rabinovich, Z.Ja. Havin. – L. : Himija, 1991. – 432 p.[in Russian]
9. Kratkij spravochnik fiziko-himicheskih velichin [Brief reference book of physical and chemical quantities] / ed.: A.A. Ravdelja, A.M. Ponomarevoj. – 10th edition. – SPb.: Ivan Fedorov, 2003. – 240 p. [in Russian]
10. Svojstva neorganicheskih soedinenij. Spravochnik [Properties of inorganic compounds. Reference book] / A.I. Efimov et al. – L.: Himija, 1983. – 392 p. [in Russian]
11. Spravochnik himika [Chemist's reference book]. – Vol. 5. – 2nd edition. – M. – L.: Himija, 1968. – 974 p. [in Russian]
12. Artjomenko A.I. Spravochnoe rukovodstvo po himii: Sprav. posobie [Reference guide to chemistry: reference guide] / A.I. Artjomenko, V.I. Tikunova, V.A. Malevannyj. – 2nd edition. – M.: Vyssh. shk., 2003. – 367 p. [in Russian]