Научная работа

Кафедра проводит научную работу по следующим основным направлениям:

  1. Философия, психология и методология образования,
  2. Химия и технология разделения близких по свойствам веществ,
  3. Молекулярная физика и термодинамика растворов.

К основным научным результатам, полученным сотрудниками кафедры в последнее время по этим направлениям, относятся:

  1. Обоснована системно-семиотическая модель, интегрирующая содержание фундаментального блока высшего образования. По результатам учебно-методической работы в 1996 г. опубликован сборник работ сотрудников кафедры, содержание которого приведено ниже:

    Предисловие 3
    1. Контингент и учебный процесс
    Е.А.Ананьева, В.В.Сергиевский. Организация учебного процесса 4
    О.И.Полещук, В.В.Сергиевский. Образование и творчество 8
    Е.А.Ананьева, Н.Д.Хмелевская, И.В.Сорока. Лабораторный практикум 15
    В.В.Сергиевский, Е.А.Ананьева, О.И.Полещук. Факультативные учебно-теоретические занятия по химии 17
    М.А.Глаголева. Факультативное изучение химии твердого тела 21
    Е.А.Ананьева, А.Б.Федянин. Химия в физико-математических лицеях МИФИ 25
    А.Б.Федянин, Е.А.Ананьева, В.В.Сергиевский. Опыт компьютерного контроля по курсу химии в физико-математическом лицее 27
    2. Содержание и методика обучения
    В.В.Сергиевский, О.И.Полещук, Е.А.Ананьева. Место химии в системе фундаментальных наук 32
    В.В.Сергиевский, Е.А.Ананьева. Химические системы 39
    В.В.Сергиевский, О.И.Полещук, А.Б.Федянин. Знаковые системы химии 43
    В.В.Сергиевский, О.И.Полещук, Е.А.Ананьева. Химико- биологические системы 50
    В.В.Сергиевский, Т.В.Жукова, Е.А.Ананьева. Химические идентификация и измерение 55
    Т.В.Жукова. Абсолютные методы химического измерения 59
    Т.В.Жукова. Индикаторы в химии 62
    А.В.Вальков. Термины концентрация и эквивалент в курсе общей химии 66
    А.В.Вальков. Изучение процессов разделения в курсе общей химии 69
    3. Избранные главы химии
    М.А.Глаголева. Химия твердого тела 71
    Ж.С.Кучук. Химия в микроэлектронике 75
    Ж.С.Кучук. Химия в оптоэлектронике 78
    О.И.Полещук. Органическая химия 80
    О.И.Полещук. Химия информационных биологических процессов 83
    Г.М.Несмеянова, М.А.Глаголева. Прагматика физической химии 86
    В.В.Сергиевский, А.М.Рудаков, Е.Ю.Жаворонков, Е.С.Баланкина. Физическая химия при подготовке специалистов по медицинской физике 88
    А.М.Рудаков, В.В.Сергиевский. Физический смысл коэффициентов активности в растворах неассоциированных неэлектролитов 92
    А.М.Рудаков. Осмотическое давление 96
    Е.Ю.Баланкина. Оценка параметров нелинейности растворовв новой модификации термодинамического метода 100
    А.М.Рудаков, Е.Ю.Жаворонков, В.В.Сергиевский. Водные растворы ассоциированных неэлектролитов 103
    А.М.Рудаков, В.В.Сергиевский. Многокомпонентные растворы неэлектролитов 107
    А.М.Рудаков, Е.Ю.Жаворонков, В.В.Сергиевский. Бинарные водные растворы электролитов 112
    А.Г.Линшитц, В.В.Сергиевский. Распределение веществ в системах жидкость-жидкость 117

  2. Разработаны и защищены патентами России новые осадительные и экстракционные способы концентрирования и разделения близких по свойствам элементов. В частности, разработан способ выделения редкоземельных металлов из растворов сложного солевого состава, образующихся при переработке кольских апатитов.

  3. Разработана новая феноменологическая модель растворов неэлектролитов, уравнения которой описывают различные свойства растворов во всей области их существования (от разбавленных до насыщенных растворов).

Подготовка кадров высшей квалификации

Кафедра проводит подготовку кандидатов наук по специальностям:

В 1998 г. защищены 2 кандидатские диссертации.

Основные выводы диссертации А.М.Рудакова

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ ГИДРАТНАЯ МОДЕЛЬ РАСТВОРОВ ГИДРОФИЛЬНЫХ НЕЭЛЕКТРОЛИТОВ
  1. Сформулированы основные представления феноменологической гидратной модели растворов гидрофильных неэлектролитов. В рамках представлений о мномолекулярной адсорбции воды на функциональ ных группах молекул неэлектролита установлен вид зависимости гидратных чисел от концентрации неэлектролита. Решением дифференциального уравнения Гиббса-Дюгема для бинарных и многокомпонентных растворов найден вид концентрационной зависимости давления пара растворителя над раствором, а также получены соответствующие зависимости коэффициентов активности компонентов, осмотического коэффициента и осмотического давления от состава раствора. Единственным параметром полученных соотношений для бинарных растворов является число гидратации растворенного вещества в стандартном состоянии. Показано, что, знание их значений достаточно для расчета термодинамических свойств многокомпонентных растворов гидрофильных неэлектролитов. Установлено, что как для бинарных, так и для многокомпонентных растворов физический смысл натурального логарифма рационального коэффициента активности растворенного вещества можно интерпретировать, с одной стороны, как способ учета изменения концентрации растворенного вещества за счет связывания воды в процессе гидратации, а с другой стороны, как приращение текущего числа гидратации относительно его значения в стандартном состоянии.

  2. Получены уравнения, устанавливающие взаимосвязь термодинамических свойств бинарных и многокомпонентных растворов, находящихся в изопиестическом равновесии. При переходе к разбавленным растворам эти соотношения преобразуются для бинарных изопиестических растворов в известное эмпирическое правило Ахумова-Спиро, а для систем, включающих изопиестические бинарный и многокомпонентный растворы - в эмпирическое правило Здановского. Определен физический смысл параметров уравнения Ахумова-Спиро и объяснен характер их изменения при рассмотрении различных пар изопиестических растворов. Получены уравнения связи рациональных коэффициентов активности компонентов изопиестических растворов с числами гидратации компонентов.

  3. Установлено, что уравнения модели адекватно описывают экспериментальные данные по давлению пара воды над растворами глицерина, сахарозы и карбогидратов линейного и циклического строения во всем возможном диапазоне изменения их концентрации в растворе. Результаты расчета моляльных коэффициентов активности и сопоставления полученных значений с найденными по общепринятой процедуре позволяют отдать предпочтение нестехиометрическому и комбинированному вариантам модели. Для наиболее изученных растворов сахарозы определен доверительный интервал числа гидратации. Оценки чисел гидратации моделированием по термодинамическим свойствам растворов с использованием уравнений модели, как установлено, близки к литературным данным, полученным различными физико-химическими и расчетными методами. Они имеют физически разумные значения, соответствующие числу функциональных групп в молекулях неэлектролитов.

  4. Обоснована новая методология расчета коэффициентов активности гидрофильных неэлектролитов и ряда других термодинамических свойств растворов по экспериментальным данным с использованием уравнений модели.

Основные выводы диссертации Полещук О.И.

СИСТЕМНО-СЕМИОТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНОГО БЛОКА ИНЖЕНЕРНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
  1. С целью установления отношения к ряду учебных дисциплин (математика, физика, химия, биология, литература) проведено анонимное анкетирование студентов первого курса высших учебных заведений различного профиля, а также учащихся старших классов спецшкол. По результатам анкетирования выявлены следующие особенности познавательной активности одаренной молодежи, которые воспроизводятся во времени. Подтверждена известная из педагогической практики поляризация познавательной активности одаренной молодежи, которая в зависимости от выбранного направления профессиональной подготовки предпочитает либо формализованные дисциплины, либо менее структурированные дисциплины. При этом студенты и учащиеся отождествляют логику и индивидуальное понимание учебной дисциплины. Высказано предположение, что это ограничение познавательной активности в процессе обучения приводит к формированию у учащихся и студентов неадекватного миропонимания и препятствует превращению творческого потенциала ребенка в творческие способности взрослого человека. Структура познавательной активности коррелирует с положительной оценкой результатов учебной деятельности в той или иной области знания. Выбор направления профессиональной подготовки, который по данным психологов происходит в сензитивный период, определяется эмоциональным фоном и реальными успехами в изучении того или иного набора учебных дисциплин. Негативное отношение к учебной дисциплине связано с непониманием и отрицательными эмоциями.

  2. Проведен анализ познания человеком реальности. Дано определение фундаментального блока как совокупности наук, целью которых является познание стихийной природы и фиксация результатов понимания с использованием тех или иных языков. На основе системно-семиотического анализа предложено включить в фундаментальный блок наукоемкого инженерного образования следующие учебные дисциплины: семиотику, математику, физику, химию, биологию, метапсихологию и экологию. Эти дисциплины различаются степенью абстракции системообразующих элементов, видом отношений между ними, методами идентификации и измерения, а также описания полученных результатов. Предложено для установления надежных междисциплинарных связей, необходимых для формирования адекватной картины мира, при изложении учебных дисциплин особое внимание уделять разъяснению особенностей семантики (включая значения метапонятий), синтак сиса (специфика проявления общенаучных принципов) и прагматики (включая ограничения, которые изучаемые явления накладывают на биологические системы). При этом профилирующие дисциплины должны излагаться подробно, а вспомогательные дисциплины - в окрестностях метапонятий и общенаучных принципов.

Выявленные закономерности использованы при разработке методики преподавания некоторых дисциплин химико-биологического профиля в системе подготовки специалистов по физико-математическому направлению. Обсуждены особенности химических знаковых систем. Разработан методический материал по иллюстрации общенаучных принципов (соответствия, комплементарности, функциональности асимметрии и Ле-Шателье) на материале курсов "Общая химия" и "Органическая химия"; сформулированы представления о химико-биологических системах, которые позволяют простым образом ввести в курс "Общая химия" представления о токсичности химических соединений. Обосновано содержание факультативного курса "Химико-биологические информационные процессы". Обсуждены методические особенности организации и проведения факультативных учебно-теоретических семинаров по химии для студентов первого курса. На протяжении четырех лет осуществлен соответствующий педагогический эксперимент.