Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы обучения на интеграционной взаимосвязи между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов при обучении будущих специалистов в области биотехнологий 12
1.1 Проблемы обучения на интегративной основе 12
1.2. Проблема методов контрольно-регулировочной и оценочной деятельности 53
Глава 2. Метод главных компонент как инструмент установления интеграционных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов 78
2.1. Описание метода выделения главных компонент 78
2.2. Применение метода главных компонент для получения исходной информации о состоянии процесса обучения в вузе '. 92
Глава 3. Экспериментальная проверка эффективности установления межпредметных и внутрипредметных связей одним из методов факторного анализа - методом главных компонент 107
3.1. Структурно - логическая схема интеграционных связей физики, общепрофессиональных и специальных дисциплин 108
3.2. Реализация личностно развивающей и профессиональной направленности в процессе обучения студентов-биотехнологов на основе межпредметной интеграции 115
3.2.1. Развитие творчества и навыков исследовательской работы на лабораторных занятиях 115
3.2.2. Личностное и профессиональное развитие в ходе решения задач с прикладной направленностью 122
3.3. Интегрированная модульно-рейтинговая технология обучения и контрольно-оценочной деятельности 134
3.4. Анализ результатов опытно-экспериментальной работы 142
Основные результаты и выводы 155
Библиография 157
Приложения 177
- Проблемы обучения на интегративной основе
- Описание метода выделения главных компонент
- Структурно - логическая схема интеграционных связей физики, общепрофессиональных и специальных дисциплин
Введение к работе
Совершенствование профессиональной подготовки студентов в системе высшего профессионального образования основывается на выявлении имеющегося опыта, на воплощении идей интеграции, интенсификации процесса профессионального обучения. Повышение качества подготовки специалиста можно осуществить на базе межпредметных интеграционных процессов с учетом профессиональной направленности обучения.
Формирование системы фундаментальных естественнонаучных знаний и умений обеспечивает возможность применять их в условиях динамично развивающихся современных технологий и является одним из условий подготовки высококвалифицированного специалиста в области биотехнологий, сравнительно новой для России образовательной области.
Подготовка инженера - биотехнолога основана на создании у обучаемых целостной системы взглядов на природу и взаимосвязь происходящих в ней явлений, что является фундаментом для последующего усвоения общепрофессиональных и специальных дисциплин.
Проблеме обучения на основе межпредметной интеграции посвящено большое количество исследований. Так теоретико-методологические, общедидактические, технологические аспекты исследовались в работах А.Н. Нюдюрмагомедова, И.П. Яковлева, Ф. Янушкевича, В.А. Энгельгарда, Н.К. Чапаева, Л.И. Фишмана, В.М. Филатова, В.И. Загвязинского, М.Н. Берулавы, Н.С. Дышлюк, А.И. Еремкина, В.Т. Фоменко, К.Ю. Колесиной и др.
В работах В.Н. Максимовой, Ю.Г. Волкова, B.C. Поликарпова и других авторов исследованы теоретические, философские, психологические, социокультурные основы и предпосылки образования на интеграционной основе.
Проблеме профессиональной направленности обучения посвящены работы Л.Л Ярославовой, Н.Ф. Талызиной, О.А. Съединой, И.А. Володарской, О.А. Свириденко, Ю.А. Кустова и др.
Исследованиям в области обучения естественнонаучным дисциплинам с учетом их профессиональной направленности посвящены работы Н.А. Клещевой, А.Н. Лаврениной, Л.В. Масленниковой, А.А. Червовой, А.А. Айзенцона, А.А. Толстеневой, В.И Комарова и др.
Однако, для выявления и успешного функционирования межпредметных интеграционных связей, необходимо не только определять последовательность передачи учебной информации; формулировать цели обучения по этапам в виде умений и навыков; делать научно-обоснованный отбор содержания учебного материала с учетом специализации; продумывать систему методов и средств, соответствующих каждому этапу обучения, но и учитывать такие факторы, как уровень развития познавательного интереса, условия обучения и множество других факторов, влияющих на качество усвоения знаний. Это означает, что применение межпредметных связей в реальном учебном процессе зависит от многих факторов, без учета которых нельзя строить процесс обучения на интеграционной основе.
Нами обнаружено ограниченное количество работ, посвященных, исследованию того, как и в какой степени качество подготовки специалиста определяется внутрипредметными и межпредметными связями - это работы Е.Н. Долгих, A.M. Дуброва, Т.Н. Гнитецкой, Н.А. Климовой, B.C. Мхитаряна, Л.И. Трошина и др. Еще меньше специальных исследований, которые учитывали бы все факторы, влияющие на качество профессионального образования, построенного на интеграционной основе.
Таким образом, проблема исследования состоит в разрешении противоречий между стремлением повысить профессиональную направленность подготовки специалиста в области биотехнологий посредством установления внутрипредметных и межпредметных связей и отсутствием надежного и объективного метода, учитывающего множество факторов, влияющих на качество подготовки специалиста, а также провести оценку эффективности всех действий, направленных на повышение профессиональной направленности обучения студентов - будущих биотехнологов.
Цель исследования: научное обоснование, разработка и применение одного из методов факторного анализа - метода главных компонент для установления внутрипредметных и межпредметных связей, направленных на повышение профессиональной направленности обучения студентов будущих биотехнологов в вузе.
Объект исследования: процесс обучения будущих инженеров -биотехнологов в системе высшего профессионального образования.
Предмет исследования: методика применения метода главных компонент для установления межпредметных и внутрипредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов.
Гипотеза исследования: уровень профессиональной подготовки будущих инженеров - биотехнологов повысится, если процесс обучения проводить на основе установления межпредметных и внутрипредметных связей; для установления межпредметных и внутрипредметных связей естественнонаучных, общетехнических и профессиональных дисциплин применить метод главных компонент; естественнонаучные дисциплины рассматривать как базовый элемент системы подготовки инженера - биотехнолога, позволяющий заложить основу будущей многогранной профессиональной деятельности, что обеспечивается содержанием, формами, методами и средствами обучения.
В соответствии с предметом, целью и гипотезой исследования, сформулированы следующие его задачи:
1. Выявить степень разработанности педагогических исследований в области межпредметной интеграции для выяснения существования и применения методов, определяющих эту связь.
Обосновать возможность применения одного из методов факторного анализа - метода главных компонент для установления интеграционной взаимосвязи между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов при обучении будущих инженеров -биотехнологов.
Отобрать содержание дисциплин естественнонаучного цикла, которое оказывает значительное влияние на профессиональную подготовку специалиста в области биотехнологий и обеспечивает развитие его творческого потенциала и способности самостоятельного приобретения знаний.
Определить и проанализировать эффект внедрения в учебный процесс разработанных форм, методов и средств обучения будущих инженеров -биотехнологов, основанных на установленных внутрипредметных и межпредметных связях.
Теоретической основой исследования являются работы в области межпредметной интеграции (А.Я. Данилюк, Ю.И. Дик, К.Ю. Колесина, А.Л. Пинский, В.В. Усанов, А.Н. Нюдюрмагомедов и др.); работы в области технологии обучения в высшей школе (СИ. Архангельский, С.Я. Батышев, O.K. Филатов, и др.); работы по проблеме контроля и оценки знаний (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, B.C. Леднев, И.Я. Лернер, Ю.М. Кулюткин и др.).
Методологической основой исследования являются работы по применению статистических методов в педагогике (Дж. Гласе, Дж. Стенли, А.Б. Ительсон и др.).
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались общенаучные методы теоретического исследования: анализ педагогической, методической и технической литературы, учебно-программной и нормативной документации высшей школы, изучение результатов контроля знаний студентов, качественный и количественный анализ этих результатов, методы математической статистики.
Экспериментальная база: эксперимент проводился в течение 2006-2010 гг. на базе ГОУ ВПО «Пензенская государственная технологическая академия», общее число участников эксперимента составило более 150 человек.
Этапы исследования: исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе (2000-2006 г.г.) проводился анализ педагогической и методической литературы; определение роли различных дисциплин в профессиональной подготовке будущего специалиста в области биотехнологии; наблюдение за учебным процессом; сбор исходной информации о состоянии успеваемости студентов за весь период обучения в вузе.
На втором этапе (2006-2008 г.г.) проводилась статистическая обработка методом главных компонент результатов успеваемости студентов трех приемов за весь период обучения, на основании которых определялись внутрипредметные и межпредметные интеграционные связи, определялась роль дисциплин естественнонаучного, общетехнического и- профессионального циклов; разрабатывался учебно-методический комплекс, направленный на повышение качества подготовки будущих инженеров -биотехнологов.
На третьем этапе (2008-2010 г.г.) анализировались результаты применения одного из методов факторного анализа - метода главных компонент для установления внутрипредметных и межпредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов. Оформлялись материалы диссертационного исследования.
Научная новизна исследования состоит в том, что: обоснована возможность и перспективы применения статистического метода главных компонент для установления внутрипредметных и межпредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов при подготовке инженера-биотехнолога в вузе; разработана методика установления внутрипредметных и межпредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов при подготовке инженера-биотехнолога в вузе; разработанная методика применена для установления внутрипредметных и межпредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов при подготовке инженера-биотехнолога в вузе и доказано, что дисциплины естественнонаучного, общетехнического циклов определяют уровень профессиональной подготовки специалиста в области биотехнологий, формируя их естественнонаучное мышление и творческие способности.
Теоретическая значимость исследования: заключается в том, что: раскрыты возможности и перспективы применения метода главных компонент для установления внутрипредметных и межпредметных связей и роли любой дисциплины в подготовке специалиста - будущего биотехнолога; выявлено и обосновано влияние дисциплин естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов на уровень подготовки специалистов в области биотехнологий.
Практическая значимость исследования: аналитически обосновано и графически показано, что цикл химических дисциплин в кластере естественнонаучных дисциплин образуют высокий уровень близости содержания к профессиональному циклу дисциплин и не требуют внесения корректив в их тематические планы, программы; аналитически обосновано и графически показано, что такие дисциплины естественнонаучного цикла как физика, экология, физическая химия, поверхностные явления и дисперсные системы образуют кластер дисциплин со средним уровнем соответствия, в то время как такие дисциплины естественнонаучного цикла как физика (1 семестр), теоретические основы биотехнологии (профессиональный цикл), начертательная геометрия и инженерная графика, механика (общетехнические дисциплины) образуют кластер дисциплин с низким уровнем соответствия; разработан учебно-методический комплекс, состоящий из отобранного содержания дисциплины «физика», модернизирован лабораторный практикум по физике, направленный на повышение уровня профессиональной подготовки студентов, разработано содержание задач с профессиональной направленностью; проведенный статистический анализ методом главных компонент показал, что точки-образы предметов из области «далекие точки» приблизились к основной группировке, что свидетельствует об установлении более тесных межпредметных связей курсов физики с профессиональными дисциплинами, что повысило уровень профессиональной подготовки студентов.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обусловлена научной методологией исследования, сочетанием методов теоретического и экспериментального исследований, адекватных, поставленным в исследовании задачам, использованием метода главных компонент при обработке результатов успеваемости за весь период обучения, а так же широтой научной апробации исследования, ход и материалы которого обсуждались на конференциях различного уровня.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в процессе обсуждения хода исследования и его материалов на кафедрах ГОУ ВПО «Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г. Белинского», на заседаниях научно-исследовательской лаборатории «Проблемы психолого-педагогического образования в средней и высшей школе» ГОУ ВПО «Шуйский государственный педагогический университет». Основные результаты исследования опубликованы в сборниках научных трудов и докладов на научных конференциях: Международная научно-методическая конференция «Актуальные вопросы развития образования и производства» (Н.Новгород, ВГИПУ, 2005, 2006 гг.); V Международная научная конференция «Физическое образование: проблемы и перспективы развития» (Москва, МПГУ, 2006 г.); межвузовская научно-практическая конференция «Актуальные проблемы преподавания физики в школе и вузе» (Борисоглебск, БГПУ, 2007, 2008 гг.); Всероссийская научно-практическая конференция «Современное образование: научные подходы, опыт, проблемы, перспективы» (Пенза, ПГПУ им. В.Г. Белинского, 2008 г.); межвузовская научная конференция «Технологии совершенствования подготовки педагогических кадров» (Казань, ТГГПУ, 2010 г.); Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные технологии в профессиональном образовании» (Грозный, ГГНИ им. акад. М.Д. Миллионщикова, 2010 г.); III межвузовская научная конференции «Шуйская сессия молодых ученых» (Шуя, ШГПУ, 2010 г.). На защиту выносятся:
Обоснование возможности применения статистического метода главных компонент для установления интеграционной взаимосвязи между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов, изучаемыми в технологическом вузе, при обучении будущих специалистов в области биотехнологии.
Метод главных компонент как инструмент установления внутрипредметных и межпредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов.
Результаты применения метода главных компонент для установления внутрипредметных и межпредметных связей между дисциплинами естественнонаучного, общетехнического и профессионального циклов, обеспечивающие повышение профессиональной направленности обучения студентов будущих биотехнологов в технологическом вузе.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, списка литературы и приложений.
Проблемы обучения на интегративной основе
Современное профессиональное образование развивается в контексте разнообразных интеграционных процессов и тенденций. Они проявляют себя на всех уровнях образования и исследуются в теоретико-методологическом, управленческом, организационном, общедидактическом, частнодидактическом, технологическом аспектах (Нюдюрмагомедов А.Н., Яковлев И.П., Янушкевич Ф., Энгельгард В.А., Чебышева Н., Коган В., Чапаев Н.К., Фишман Л.И., Филатов В.М. Загвязинский В.И., Берулава М.Н.) [148, 231, 232, 229, 215, 214, 202, 203, 58, 21].
Многие актуальные проблемы современного образования переводятся в плоскость их интеграционного видения, обеспечивающего их решение на основе интеграционного подхода, в том числе и проблему профессиональной направленности обучения. В научно - педагогической литературе описан опыт решения на интегративной основе различных задач: формирования научного мировоззрения (Паладянц Е.А., Луцаев В.И., Зайналов Ф.Г.) [153, 99, 59]; профессиональной подготовки учителей (Шехмизарова A.M., Кожевникова И.А.) [223, 81]; базового профессионального образования (Новиков A.M.) [138]; политехнической направленности обучения (Пьянкова Т.В.) [170]. Наметились реальные предпосылки для рассмотрения с позиций интегративного подхода такой традиционной и в то же время современно актуальной проблемы, как проблема профессиональной направленности обучения. Определенным шагом в этом направлении было введение в практику обучения всех вузов страны квалификационных требований государственного образовательного стандарта к содержанию образования и квалификационных характеристик специалистов в области биотехнологий с высшим образованием.
В последнее время активно обсуждаются новые интегративные конструкты содержания профессионального образования. Значимыми структурными составляющими которого признаются: ключевые компетентности, компетенции и квалификации (Зеер Э.Ф.) [64]. Эти конструкты мыслятся как основа для определения зачетных кредитов. Введение зачетных кредитных единиц позволит разработать государственные стандарты третьего поколения, ориентированные на результат образования. Объем каждого зачетного кредита будет включать определенное число сформированных ключевых компетентностей, компетенций и квалификаций. (Компетенция определяется как общая способность специалиста мобилизовать в профессиональной деятельности свои знания, умения и обобщенные способы выполнения действий. Специалист проявляет свои компетенции в деятельности, в конкретной ситуации). В качестве основных компонентов содержания ключевых профессиональных компетенций называются:
знания, умения и навыки по учебным предметам;
учебно-профессиональная мотивация;
обобщенные учебно-профессиональные действия;
интегративные учебно-профессиональные действия;
экстрафункциональные учебно-профессиональные действия.
В Западной Европе и США оценка квалификаций специалистов проводится на основе опросов менеджеров, предпринимателей, руководителей и высококвалифицированных специалистов различных специальностей в различных организациях. На основании этого разрабатываются и экспериментально проверяются различные методы формирования ключевых квалификаций. (Под ключевой квалификацией понимается комплекс психологических качеств, способностей, знаний, умений и навыков специалиста, обеспечивающий эффективное выполнение определенной профессиональной функции, или несколько функций) [64 ].
Кроме того, анализ различных аспектов интеграционных процессов в педагогических системах и явлениях дает современным авторам основание под интеграцией в педагогике понимать «целенаправленное установление структурно-органических связей элементов педагогической системы вокруг профессиональной направленности, обеспечивающее эффективное ее функционирование» (Нюдюрмагомедов А.Н.) [148].
С учетом этих перспективных интеграционных тенденций в развитии отечественного профессионального образования нами было осуществлено обращение к проблеме профессиональной направленности обучения в технологическом вузе и поиску средств ее решения на основеустановления внутри предметных и межпредметных связей.
На предмет оценки соответствия и подготовленности квалификационным требованиям к специалистам в области биотехнологий является:.
подготовленность к выполнению служебных обязанностей профессиональной деятельности;
умение решать типовые задачи (в стандартных ситуациях с применением известных алгоритмов, способов, методов);
умение решать нетиповые задачи по специальности.
Отзывы работодателей на студентов-выпускников по специальности «инженеры-биотехнологи» свидетельствуют о недостаточной естественнонаучной и профессиональной подготовке выпускников.
Сравнительный анализ отзывов работодателей на студентов-выпускников показал, что проблема качественной подготовки студентов для выполнения ими должностных обязанностей является актуальной по всем естественнонаучным, общепрофессиональным и специальным дисциплинам, в том числе и по такой фундаментальной для всех общеинженерных и специальных дисциплин, как «Физика».
Полученные данные заставили задуматься о цели высшего технологического образования.
В свете ведущих идей и тенденций развития современного высшего образования, взгляд на профессиональное образование как на сферу нарастания «человеческого потенциала», необходимого для решения социально-экономических проблем, сменяется подходом к нему как к сфере, прежде всего, решения личных проблем, саморазвития, личностного и профессионального роста, творческой самореализации. Его целью становится не столько узкопрофессиональная подготовка, сколько общекультурная, социально- и личностно значимое непрерывное развитие творческого потенциала личности, способностей к самостоятельному пополнению профессиональных знаний и их творческому применению. Целью образовательной деятельности вуза остается достижение высокого профессионализма.
Описание метода выделения главных компонент
Мониторинг образовательного процесса, решающего задачу профессиональной направленности средствами интеграции естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин затруднен вследствие различий, имеющихся в контингенте обучаемых, коллективе преподавателей, в степени их взаимодействия, взаимоувязки дисциплин и их отдельных тем, условий обучения. В образовательном процессе существует множество разнообразных обстоятельств, влияющих на качество усвоения различных знаний, обусловливающих случайный характер результатов контроля знаний по различным дисциплинам. В этом случае можно прибегнуть к использованию метода системного анализа и математического моделирования [3, 4, 8, 68], позволяющего при исследовании взаимосвязей показателей усвоения учебного материала по всем изучаемым дисциплинам, учитывать многофакторность причин, влияющих на успеваемость студентов. В связи с этим, все возрастающую роль во многих научных исследованиях играет многомерный анализ данных, использующий для изучения взаимовлияния исходных параметров вероятностный подход. Основы многомерного статистического анализа, заложенные Т. Андерсоном, Ю.В. Прохоровым, М.Н. Шипко, Г.А. Шмелевой получили глубокое теоретическое развитие и эффективные результаты практического применения во многих областях науки и техники [7, 166]. Преимущество использования данного статистического аппарата по сравнению с другими математическими методами заключается в одновременной оценке нескольких переменных, что позволяет извлечь дополнительную информацию об их связи и сделать более полные выводы. В математической статистике результативное применение нашли методы корреляционного, дисперсионного, факторного, кластерного и таксономического анализов.
Факторный анализ позволяет описать многочисленные явления, характеризующиеся изменчивостью и разнородностью проявления, ограниченным количеством факторов влияния, сохраняющих при этом основную часть информации. В отличие от корреляционного анализа, исследующего только величину стохастической связи между переменными, факторные методы позволяют не только уменьшить количество переменных, описывающих процесс, но и выявить структуру взаимозависимости между ними, что является необходимым условием для использования интеграционных подходов в образовательном процессе. На сегодняшний день известно три метода факторного анализа, отличающихся методическими подходами, но имеющих в основе общие цели, а именно, замену взаимокоррелированных признаков на некоторый фактор, которым обусловливается поведение системы случайных величин, и совершенствование на этой основе исследовательских процедур (получение некоррелированных переменных, сжатие многомерной информации, построение гипотез и т.д.). К таким методам относятся метод главных компонент, непосредственно факторный анализ и факторный дискриминантный анализ. К указанным методам прибегают в целях извлечения максимума информации за счет анализа экспериментальных данных (описание, классификация и интерпретация) и оптимального планирования измерительных процедур (моделирование и оптимизация экспериментов и процессов).
Некоторыми исследователями метод главных компонент признается статистическим, а не факторным, т.к. является закрытым методом с точки зрения логической структуры. Тем не менее, существует нестатистический подход, выделяющий данный метод из других многомерных, который заключается в поиске оптимального представления исследуемых исходных данных в пространство меньшей размерности, достигаемом путем объяснения полной дисперсии переменных [8].
Собственно факторный анализ ту же задачу решает методом исследования корреляционных зависимостей между всеми переменными. Для этого на главной диагонали корреляционной матрицы проставляют оценки общностей и исследуют редуцированную корреляционную матрицу путем выявления, вращения и оценки значений факторов.
Факторный дискриминантный анализ отличается от двух предыдущих определением предполагаемой неоднородности данных и проверке на значимость выдвинутой гипотезы методом поиска главных факторов. Если метод главных компонент выявляет линейные зависимости исходных переменных, которые позволяют распознавать объекты, то факторный дискриминантный анализ выявляет другие линейные комбинации, которые позволяют разделять группы объектов или центры тяжести выбранных групп [52, 70]. Рассмотренные факторные методы не исключают, а в большинстве случаев дополняют друг друга.
Указанные методы позволяют полуавтоматическую классификацию, основанную на визуальном выделении однородных классов объектов по изображению исходной выборки данных в одно-, двух-, трехмерном пространстве, образованном новыми обобщенными признаками рассматриваемых объектов.
Один из основоположников факторных методов исследования Р. Каттелл впервые установил, что любое явление можно описать в терминах трех фундаментальных свойств или размерностей: - объекты исследования; переменные или характеристики данных объектов; и время или ситуация, в которой рассматриваемое явление имеет место. Полученная классификация позволяет представить многомерный информационный массив в виде куба со сторонами объекты - переменные - время. Различные модификации факторного анализа исследуют одну из сторон этого куба, при этом, в каждом случае возникает две различные постановки задачи. Например, методом главных компонент можно рассмотреть многомерные параметры объекты - переменные. В этом случае целями исследования могут быть поиски взаимосвязи как между объектами, так и между характеристиками (параметрами) этих объектов.
Структурно - логическая схема интеграционных связей физики, общепрофессиональных и специальных дисциплин
Метод выделения главных компонент позволил увидеть не только линии взаимосвязи между предметами, но и то, как можно реально в учебном процессе обеспечить выполнение квалификационных требований к общепрофессиональной и специальной подготовке, взаимосвязь каких дисциплин и их отдельных тем обеспечивает прикладную направленность обучения. Это позволило объективно обосновать наличие интеграционной связи физики с дисциплинами общепрофессиональной и специальной подготовки, способной обеспечить прикладную направленность обучения специалиста в области биотехнологий и послужило основой для составления структурно-логической схемы взаимосвязи дисциплины «Физика» со специальными и общепрофессиональными дисциплинами. Рассмотрим этот вопрос.
Учитывая взаимосвязь между предметами, выявленную методом главных компонент, в соответствии с квалификационными требованиями, предъявляемыми государственным образовательным стандартом к специалисту по биотехнологии, в результате изучения дисциплины «Аналитическая химия и физико-химические методы анализа» студент должен знать: физико-химические методы анализа: оптические методы анализа, электрохимические методы анализа, хроматографический анализ; -реализуется в курсе физики на лекциях по темам: — «Статистический и термодинамический методы исследования», «Классическая и квантовая статистики», «Поглощение света веществом. Рассеяние света.». На практических занятиях решаются задачи на определение макропараметров системы (как средние значения вычисленные по множеству допустимых микросостояний), определяются свойства и особые статистические закономерности системы частиц. На лабораторных занятиях — выполняются лабораторные работы «Определение длины свободного пробега молекул газа».
В результате изучения дисциплины «Физическая химия» должен знать основы химической термодинамики: начала термодинамики, термодинамические функции, химический потенциал и общие условия равновесия систем, термодинамические свойства газов и газовых смесей. Эти знания обеспечивает курс физики на лекциях по темам: «Первое начало термодинамики», «Второе начало термодинамики», «Третье начало термодинамики», «Термодинамические системы и параметры. Равновесное состояние», лабораторный практикум обеспечен виртуальной работой на тему «Определение молярных теплоємкостей газа методом адиабатического расширения». На практических занятиях решаются задачи на определение параметров термодинамических систем в равновесном состоянии, определение параметров термодинамических систем, участвующих в термодинамических процессах.
В результате изучения дисциплины «Поверхностные явления и дисперсные системы» студент - биотехнолог должен знать, что такое термодинамика поверхностных явлений; адсорбция, смачивание и капиллярные явления: адсорбция на гладких поверхностях и пористых адсорбентах, капиллярная конденсация, адгезия и смачивание; поверхностно-активные вещества; механизмы образования и строение двойного электрического слоя; электрокинетические явления; устойчивость дисперсных систем: седиментация в дисперсных системах, термодинамические и кинетические факторы агрегативной устойчивости; мицеллообразование; оптические явления в дисперсных системах; системы с жидкой и газообразной дисперсионной средой; золи, суспензии, эмульсии, пены, пасты; структурообразование в коллоидных системах. Возможность реализации данного требования присутствует во всех темах лекционного курса по «Основы статистической физики и термодинамики», на которых вводятся такие понятия как: смачивание, несмачивание, краевой эффект, капиллярные явления, электролиты и другие. На практических занятиях решаются задачи на применение законов физики к различным объектам природы. На лабораторных занятиях используются виртуальные лабораторные работы, которые моделируют различные процессы и явления.
