УТВЕРЖДАЮ Директор ИПР ___________А. К. Мазуров «___»_____________2011 г. РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ ФИЗИКО- ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И АНАЛИЗА НАПРАВЛЕНИЕ ООП __240100 Химическая технология ПРОФИЛИ ПОДГОТОВКИ: 240100.02 Аналитический контроль природных и техногенных объектов КВАЛИФИКАЦИЯ (СТЕПЕНЬ) _______магистр_________________ БАЗОВЫЙ УЧЕБНЫЙ ПЛАН ПРИЕМА ____2011____ г. КУРС__2_____ СЕМЕСТР ____3____ КОЛИЧЕСТВО КРЕДИТОВ __3___ ПРЕРЕКВИЗИТЫ Б.3.В.1.1, Б.3.В.1.3, Б3.В.1.4, Б.3.В.1.5 КОРЕКВИЗИТЫ ____М2.В.8.1, М2, В.8.5 ВИДЫ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И ВРЕМЕННОЙ РЕСУРС: Лекции__________________ _9_ час. Лабораторных работ _____ _36_ час. Практические занятия_______9 час. АУДИТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ _54_ час. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА _54 час. ИТОГО _108_ час. ФОРМА ОБУЧЕНИЯ _______очная_______ ВИД ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ экзамен (3)_ ОБЕСПЕЧИВАЮЩЕЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ____кафедра ФАХ ЗАВЕДУЮЩИЙ КАФЕДРОЙ ФАХ _______________ А. А. Бакибаев РУКОВОДИТЕЛЬ ООП _______________ Л.И. Бондалетова ПРЕПОДАВАТЕЛЬ _______________ Т.М. Гиндуллина 2011 г. 1. Цели освоения дисциплины Цели дисциплины и их соответствие целям ООП Код цели Цели освоения дисциплины «Физико –химические методы исследования и анализа» Цели ООП Ц1 Формирование способности понимать физико-химическую сущность методов анализа, процессов химической технологии и использовать основные теоретические закономерности в комплексной производственнотехнологической деятельности Формирование способности принимать решения в производственных условиях, выбирать оптимальные варианты реконструкции действующих установок, способы повышения эффективности эксплуатации действующего химикотехнологического оборудования Подготовка выпускника к и производственно-технологической деятельности, поиску и получению новой информации, необходимой для решения инженерных задач в области химической технологии, интеграции знаний применительно к профессиональной деятельности Ц3 Формирование творческого мышления и привитие навыков использования приобретенных фундаментальных знаний, основных законов и методов при проведении лабораторного или промышленного эксперимента с последующей обработкой и анализом результатов исследований Подготовка выпускников к междисциплинарным научным исследованиям в области химической технологии, интегрированию новых идей, применению математических, физических и специальных знаний и умений к решению инновационных задач, связанных с разработкой химико-технологических процессов, веществ и материалов, оборудования Ц5 Формирование навыков самостоятельного проведения теоретических и экспериментальных исследований, способности прогнозировать характер, свойства и область применения получаемых продуктов процессов химической технологии Подготовка выпускника к самообучению, постоянному профессиональному самосовершенствованию и педагогической деятельности Ц2 Подготовка выпускников к организационно-управленческой деятельности при выполнении междисциплинарных проектов в профессиональной области, умению обосновывать и отстаивать собственные заключения и выводы в аудиториях разной степени профессиональной подготовленности, осознанию ответственности за принятие решений 2. Место дисциплины в структуре ООП Согласно ФГОС и ООП «Химическая технология» дисциплина «Физико – химические методы исследования и анализа» относится к профессиональному циклу и является вариативной. Код дисциплины ООП Наименование дисциплины Кредиты Форма контроля М2.В.8.2 Модуль М2.В 8 (профессиональный цикл) Вариативная часть Физико-химические методы исследования и анализа 3 экзамен До освоения дисциплины «Физико-химические методы исследования и анализа» должны быть изучены следующие дисциплины (пререквизиты): Код дисциплины ООП Б3.В.1.1. Б3.В.1.3 Б3.В.1.4 Б3.В.1.5 Наименование дисциплины пререквизиты Модуль Б3 (профессиональный цикл) Теоретические основы химической технологии топлива и углеродных материалов Газохимия Химическая технология топлива и углеродных материалов Химическая технология нефти и газа Кредиты Форма контроля 6 Экзамен, зачет 4 Экзамен, зачет Экзамен, зачет экзамен 3 При изучении указанных дисциплин (пререквизитов) формируются «входные» знания, умения, опыт и компетенции, необходимые для успешного освоения дисциплины «Инновационное развитие химической технологии». В результате освоения дисциплин (пререквизитов) студент должен: Знать: – Методы теоретического и экспериментального исследования в химических методах анализа: качественного и количественного (титриметрического и гравиметрического) – основные теоретические положения, лежащие в основе методов химического анализа, в основе выбора метода и схемы анализа; – основные положения учета погрешностей на всех стадиях выполнения анализа и расчеты результатов анализа с учетом метрологических характеристик. Уметь: Планировать, осуществить постановку и обработать результаты химического эксперимента при проведении химического анализа; определять качественный и количественный состав исследуемых веществ химическими методами анализа на основе самостоятельного выбора метода анализа, схемы анализа и методики проведения; Владеть: навыками работы с аналитической химической посудой, установками, приборами, оборудованием навыками измерения величины аналитического сигнала; методами обработки результатов измерения, расчета результатов анализа и оформление их с учетом метрологических величин. В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции: 1. Универсальные (общекультурные): способность к профессиональному росту, к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2); способность самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-6); 2. Профессиональные: общепрофессиональные: способность к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов в соответствии с направлением и профилем подготовки (ПК-1); готовность к использованию методов математического моделирования материалов и технологических процессов, к теоретическому анализу и экспериментальной проверке теоретических гипотез (ПК-2); производственно-технологическая деятельность: — готовность к решению профессиональных производственных задач, аналитическому контролю технологического процесса, (ПК-4); — готовность к совершенствованию технологического процесса — разработке новых методик анализа (ПК-5) ; способность оценивать эффективность и внедрять в производство новые методики анализа (ПК-7); научно-исследовательская деятельность: — способность использовать современные приборы и методики, организовывать проведение экспериментов и испытаний, проводить их обработку и анализировать их результаты (ПК-16).. Кроме того, для успешного освоения дисциплины «Физико-химические методы исследования и анализа» параллельно должны изучаться дисциплины (кореквизиты): Код дисциплины ООП М2.В.8.1 М2.В.8.5 Наименование дисциплины Кредиты кореквизиты Модуль М2.В 8 (профессиональный цикл) Теория планирования эксперимента 3 и обработка опытных данных Аналитическая химия живых систем 3 3. Результаты освоения дисциплины Форма контроля экзамен Экзамен Результаты освоения дисциплины получены путем декомпозиции результатов обучения (Р1, Р5), сформулированных в основной образовательной программе 240100 «Химическая технология», для достижения которых необходимо, в том числе, изучение дисциплины «Физико-химические методы исследования и анализа». Код результата Планируемые результаты обучения согласно ООП Результат обучения (выпускник должен быть готов) Профессиональные компетенции Применять естественнонаучные Р1 деятельности Р5 знания в профессиональной Проводить теоретические и экспериментальные исследования в области современных химических технологий Планируемые результаты освоения дисциплины «Физико-химические методы № п/п 1 2 3 4 исследования и анализа» Результат Иметь представление об основных научных и технических проблемах химического анализа; о мировых достижениях в области химического анализа; о требованиях и стандартах к технологическому уровню химического производства, качеству выпускаемых препаратов и охране окружающей среды. Знать новейшие достижения в химической технологии; технологию наиболее распространенных методов анализа. Владеть принципами и методами математического моделирования в химической технологии; математическими методами теоретического и экспериментального исследования процессов химической технологии. Выполнять обработку и анализ данных, полученных при теоретических и экспериментальных исследованиях процессов химической технологии В результате освоения дисциплины студент должен: Знать: Теоретические положения, лежащие в основе новых физико-химических методов анализа; природу и сущность явлений и процессов, лежащих в основе новых физикохимических методов анализа, способы измерения аналитических сигналов и их специфичности в новых физико химических методах анализа. Уметь: уметь применять принципы работы приборной базы для новых физико-химических методов анализа. Уметь использовать методы теоретического и экспериментального исследования в новых физико-химических методах анализа. Владеть: Навыками планирования, постановки и обработки эксперимента при проведении физико- химического анализа; Навыками определения качественного и количественного состава биологических объектов новыми инновационными физико- химическими методами анализа на основе самостоятельного выбора метода анализа, схемы анализа и методики проведения; Навыками работы с новыми инновационными приборами, оборудованием В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции: 1. Универсальные (общекультурные): готовность к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, способность приобретать новые знания в области естественных наук; понимать роль охраны окружающей среды и рационального природопользования для развития и сохранения цивилизации. 2. Профессиональные: общепрофессиональные: способность и готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности; способность применять методы теоретического и экспериментального исследования; производственно-технологическая деятельность: способность и готовность осуществлять технологический процесс в соответствии с регламентом и использовать технические средства для измерения основных параметров технологического процесса, свойств сырья и продукции; научно-исследовательская деятельность: способность планировать и проводить физические и химические эксперименты, проводить обработку их результатов и оценивать погрешности, математически моделировать физические и химические процессы и явления, выдвигать гипотезы и устанавливать границы их применения. 1. Структура и содержание дисциплины 4.1 Аннотированное содержание разделов дисциплины. 1. Основные понятие об объекте анализа. Цели и задачи аналитического контроля качества природных и техногенных объектов. Классификация методов аналитической химии. Краткая характеристика физических и физико-химических методов анализа. Методы разделения и концентрирования. Стадии аналитического процесса (отбор средней пробы, подготовка пробы к анализу, стадия измерения, оценка результатов анализа). 2. Метрологическая обработка химического анализа. Классификация погрешностей в количественном анализе: случайные и систематические. Точность и правильность анализа. Применение методов математической статистики при обработке результатов анализа. Статистическая обработка результатов анализа. Корреляционный, регрессионный анализ. Оценка дисперсии воспроизводимости. Проверка гипотезы линейности градуировочных характеристик. 3. Общая характеристика свойств веществ и материалов. Классификации свойств веществ и материалов. Свойства веществ и материалов как объекты измерения, испытания и контроля. Основные свойства веществ и материалов, измеряемые в химической промышленности. Классификация процессов химической технологии. Общие технологические операции. Измерение основных параметров химико-технологических процессов. 4. Измерение и контроль количества вещества. Количество вещества. Концентрация как физическая величина. Единицы измерения. Аналитический сигнал и его измерение. Результат измерения концентрации как косвенное измерение. Обобщенная схема измерительной системы для определения концентрации. Качественный и количественный химический анализ. Объекты анализа. Общие этапы определения концентрации. 4.2 Структура дисциплины Структура дисциплины «Физико-химические методы исследования и анализа» по разделам и видам учебной деятельности с указанием временного ресурса в часах представлена в табл.1.. Таблица 1 Структура дисциплин по разделам и формам организации обучения Название раздела 10 семестр 1. Основные понятия об объекте анализа 2. Метрологическая Аудиторная работа (час) Лекции Практ. Лабор. занятия занятия СРС (час) Итого (час) 2 2 8 10 22 3 3 8 14 28 обработка результатов анализа. 3.Общая характеристика свойств веществ и материалов 4. Измерение и контроль количества вещества ИТОГО 2 2 10 14 28 2 2 10 16 30 9 9 36 54 108 5. Образовательные технологии Для достижения планируемых результатов обучения, в дисциплине «Инновационное развитие аналитического контроля природных и техногенных объектов» используются различные образовательные технологии: 1. Информационно-развивающие технологии, направленные на формирование системы знаний, запоминание и свободное оперирование ими. Используется лекционно-семинарский метод, самостоятельное изучение литературы, применение новых информационных технологий для самостоятельного пополнения знаний, включая использование технических и электронных средств информации. 2. Деятельностные практико-ориентированные технологии, направленные на формирование системы профессиональных практических умений при проведении экспериментальных исследований, обеспечивающих возможность качественно выполнять профессиональную деятельность. Используется анализ, сравнение методов проведения физико-химических исследований, выбор метода, в зависимости от объекта исследования в конкретной производственной ситуации и его практическая реализация. 3. Развивающие проблемно-ориентированные технологии, направленные на формирование и развитие проблемного мышления, мыслительной активности, способности видеть и формулировать проблемы, выбирать способы и средства для их решения. Используются виды проблемного обучения: освещение основных проблем химической технологии топлива и углеродных материалах на лекциях, учебные дискуссии, коллективная мыслительная деятельность в группах при выполнении поисковых лабораторных работ, решение задач повышенной сложности. При этом используются первые три уровня (из четырех) сложности и самостоятельности: проблемное изложение учебного материала преподавателем; создание преподавателем проблемных ситуаций, а обучаемые вместе с ним включаются в их разрешение; преподаватель лишь создает проблемную ситуацию, а разрешают её обучаемые в ходе самостоятельной деятельности. 4. Личностно-ориентированные технологии обучения, обеспечивающие в ходе учебного процесса учет различных способностей обучаемых, создание необходимых условий для развития их индивидуальных способностей, развитие активности личности в учебном процессе. Личностно-ориентированные технологии обучения реализуются в результате индивидуального общения преподавателя и студента при сдаче коллоквиумов, при выполнении домашних индивидуальных заданий, подготовке индивидуальных отчетов по лабораторным работам, решении задач повышенной сложности, на еженедельных консультациях. Для целенаправленного и эффективного формирования запланированных компетенций у обучающихся, выбраны следующие сочетания форм организации учебного процесса и методов активизации образовательной деятельности, представленные в табл. 2. Таблица 2 Методы и формы организации обучения (ФОО) Методы ФОО Лекции Лаб. раб. Практ. занятия Сем., колл. СРС IT-методы + + + Работа в команде + + Case-study + Игра Методы проблемного обучения + + + Обучение на основе опыта + + Опережающая самостоятельная + + работа Проектный метод + Поисковый метод + + + Исследовательский метод + + 6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов 6.1 Текущая самостоятельная работа (СРС) Текущая самостоятельная работа по дисциплине «Современные проблемы аналитического контроля природных и техногенных объектов», направленная на углубление и закрепление знаний студента, на развитие практических умений, включает в себя следующие виды работ: работа с лекционным материалом; изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку; выполнение домашних индивидуальных заданий; подготовка к коллоквиумам и практическим занятиям; подготовка к самостоятельным и контрольным работам; подготовка к экзамену. 6.2. Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР) Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа по дисциплине «Инновационное развитие аналитического контроля природных и техногенных объектов», направленная на развитие интеллектуальных умений, общекультурных и профессиональных компетенций, развитие творческого мышления у студентов, включает в себя следующие виды работ по основным проблемам курса: поиск, анализ, структурирование информации; выполнение расчетных работ, обработка и анализ данных; решение задач повышенной сложности, в том числе комплексных и олимпиадных задач; участие в научно-практических конференциях по химической технологии; анализ научных публикаций по определенной преподавателем теме. 6.3. Содержание самостоятельной работы студентов по дисциплине № п/п 1 2 3 4 1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований Тема Проблемы аналитического контроля биологических объектов Современная приборная база физико-химических методов анализа Перспективные направления развития аналитического контроля Новые физико –химические методы аналитического контроля 2. Темы индивидуальных домашних заданий № п/п 1 2 3 4 5 № п/п 1 2 3 № п/п 1 2 3 Тема Способы приготовления растворов Статистическая обработка результатов анализа Расчеты в хроматографических методах анализа Расчеты в спектрофотометрических методах анализа Расчеты в электрохимических методах анализа 3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку Тема Основы гибридных методов анализа. Хромато –масс –спектрометрия. Оборудование. Перспективные биохимические методы анализа Новые химико-технологические методы защиты окружающей среды. 4.Темы коллоквиумов Тема Основные положения аналитического контроля природных и техногенных объектов Метрологическая обработка результатов эксперимента Физико-химические свойства природных и техногенных объектов 6.4. Контроль самостоятельной работы Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателя. Самоконтроль зависит от определенных качеств личности, ответственности за результаты своего обучения, заинтересованности в положительной оценке своего труда, материальных и моральных стимулов, от того насколько обучаемый мотивирован в достижении наилучших результатов. Задача преподавателя состоит в том, чтобы создать условия для выполнения самостоятельной работы (учебно-методическое обеспечение), правильно использовать различные стимулы для реализации этой работы (рейтинговая система), повышать её значимость, и грамотно осуществлять контроль самостоятельной деятельности студента (фонд оценочных средств). 6.5. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов Для организации самостоятельной работы студентов (выполнения индивидуальных домашних заданий; самостоятельной проработки теоретического материала, подготовки по лекционному материалу; подготовки к лабораторным занятиям, коллоквиумам, контрольным работам) преподавателями кафедры разработаны следующие учебнометодические пособия и указания: Учебные пособия 1. Физико-химические методы анализа: Учебное пособие/Н.М. Дубова, Т.М. Гиндуллина, Г.Н. Сутягина, Е.И. Короткова. -Томск: изд-во ТПУ, 1999. - 123 с. 2. Аналитическая химия: Учебное пособие / Н.М. Дубова, Т.М. Гиндуллина, Е.Е. Чернова. – Томск: Изд-во ТПУ, 1998. – 124с. Кроме того, для выполнения самостоятельной работы рекомендуется литература, перечень которой представлен в разделе 9. 1. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения дисциплины Средства (фонд оценочных средств) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины «Инновационное развитие аналитического контроля природных и техногенных объектов» представляют собой комплект контролирующих материалов следующих видов: Входной контроль (1 комплект из 25 вариантов). Представляет собой перечень из 10 основных вопросов, ответы на которые студент должен знать в результате изучения предыдущих дисциплин (общей и неорганической химии, физической химии). Поставленные вопросы требуют точных и коротких ответов. Входной контроль проводится в письменном виде на первой лекции в течение 15 минут. Проверяются входные знания к текущему семестру. Самостоятельные работы (2 комплекта по 25 вариантов). Представляют собой короткие задания, в виде 1-3 вопросов, выполняются на лекционных занятиях в течение 5-10 минут. Проверяются знания текущего материала: уравнения, формулировки законов, основные понятия и определения; умения применять эти законы для конкретных реакций и процессов. Экспрессные опросы (3 комплекта). Представляют собой набор коротких вопросов по определенной теме, требующих быстрого и короткого ответа. Проверяются знания текущего материала: основные законы в математической форме и определения. Вопросы к коллоквиумам (к 4-ем темам). Представляют собой перечень вопросов. Проверяется знание теоретического лекционного материала, тем, вынесенных на самостоятельную проработку, знание и понимание методик проведения экспериментальных исследований, в том числе и лабораторного оборудования. Контрольные работы (1 комплект по 25 вариантов). Состоят из практических вопросов по основным разделам курса. Проверяется степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенных умений на репродуктивном и продуктивном уровне. Экзаменационные билеты (1 комплект по 25 вариантов). Состоят из теоретических (2 вопроса) и практических вопросов (1 вопрос) по всем разделам, изучаемым в данном семестре. Разработанные контролирующие материалы позволяют оценить степень усвоения теоретических и практических знаний, приобретенные умения и владение опытом на репродуктивном уровне, когнитивные умения на продуктивном уровне, и способствуют формированию профессиональных и общекультурных компетенций студентов. 2. Рейтинг качества освоения дисциплины В соответствии с рейтинговой системой, текущий контроль производится ежемесячно в течение семестра путем балльной оценки качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы) и результатов практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем). Промежуточная аттестация (экзамен и зачет) проводится в конце семестра также путем балльной оценки. Итоговый рейтинг определяется суммированием баллов текущей оценки в течение семестра и баллов промежуточной аттестации в конце семестра по результатам экзамена и зачета. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам. Для сдачи каждого задания устанавливается определенное время сдачи (в течение недели, месяца и т.п.). Задания, сданные позже этого срока, оцениваются два раза ниже, чем это установлено в рейтинг-плане дисциплины. 9.Учебно-методическое и информационное обеспечение основная литература: 1. Васильев В.П. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. - М.: Высшая школа, 1989. - Ч.2. - 384 с. 2. Крешков А.П. Основы аналитической химии. Физико-химические методы анализа. М.: Химия. - Кн.3. - 1976. 3. Скуг Д., Уэст Д. Основы аналитической химии. В 2-х кн. - М.: Мир, 1979. - кн.1 480 с., кн2 - 438 с. 4. Юинг Г.В. Инструментальные методы химического анализа. - М.: Мир, 1989. - 608 с. 5. Основы аналитической химии: Учебник в 2-х кн./ Под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высшая школа, 1999. - кн.1, 2. - 494 с. 6. Аналитическая химия. Физико-химические методы анализа. /Под ред. О.М.Петрухина. – М.: Химия 2001. – 496 с. дополнительная литература: 1. Физико-химические методы анализа: Практическое руководство: Учебное пособие / Под ред. Алесковского В.В. - Л.: Химия, 1988. - 376 с. 2. Практикум по физико-химическим методам анализа./ Под ред. А.Г. Петрухина.-М.: Высшая школа, 1987. - 244 3. Физико-химические методы анализа: Учебное пособие/Н.М. Дубова, Т.М. Гиндуллина, Г.Н. Сутягина, Е.И. Короткова. -Томск: изд-во ТГУ, 1999. - 123 с. 4. Васильев В.П. , Морозова Р.П., Кочергина Л.А. Практикум по аналитической химии. М.: Химия, 2000 – 328 с. 5. Основы аналитической химии. Практическое руководство. / Под ред. Ю.А. Золотова. - М.: Высшая школа, 2001- 463 с. 6. Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии: Учебное пособие. - М.: Высшая школа, 1969. - 280 с. 7. Злобин Л.А. Автоматический контроль и управление качеством пищевых продуктов: Учебное пособие. - М.: Агропищепром, 1998. - 280 с. 10. Материально-техническое обеспечение дисциплины № п/п 1 2 3 4 5 7 8 Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование) Учебная лаборатория, оснащенная компьютерами (10 шт.) Учебная лаборатория Спектрофотометры ФЭК (6 шт) Электрохимические стенды (6 шт) Иономеры (4 шт) Весы аналитические (6 шт) Весы технические Labor Аудитория, количество установок 2 корпус, 218 ауд. 2 корпус, 215 ауд. 2 корпус, 213 ауд, 2 корпус, 221 ауд, 2 корпус, 221 ауд, 2 корпус, 216 ауд, 2 корпус, 216 ауд, Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению и профилю подготовки____240100 Химическая технология_____________________ Программа одобрена на заседании (протокол №__18__от «__30__»_____июня____2011 г.) Автор Короткова Е.И._________________ Рецензент________________________