Возможности включения вопросов супрамолекулярной химии в содержание лабораторных работ при подготовке учителя

Цель. Целью статьи является демонстрация возможности использования лабораторных работ, выполняемых в рамках учебных дисциплин химической подготовки учителя, для визуализации эффектов межмолекулярных взаимодействий, лежащих в основе формирования супрамолекулярных структур, с целью расширения представлений в области супрамолекулярной химии.
Методология и методы. Для достижения поставленной цели использовались теоретические и практические методы: анализ и синтез методической литературы; апробация химического лабораторного эксперимента.
Результаты. Отобраны темы учебных дисциплин плана подготовки бакалавров по направлению «Педагогическое образование, профиль «Биология. Химия», в содержание которых могут быть включены вопросы, раскрывающие общие представления о формировании, особенностях строения и функционирования супрамолекулярных систем. Предложены примеры лабораторных работ, выполнение которых позволяет продемонстрировать проявления отдельных видов межмолекулярных взаимодействий как основы существования супрамолекулярных систем.
Теоретическая и/или практическая значимость. Отобраны примеры лабораторных работ, демонстрирующих проявления отдельных видов межмолекулярных взаимодействий (водородные связи, ион-дипольные, диполь-дипольные), на основе которых происходит формирование молекулярных ансамблей, обуславливающее изменения свойств системы. По мнению авторов, выполнение представленных лабораторных работ будет способствовать развитию у будущих учителей химии базовых представлений об особенностях строения и функционирования супрамолекулярных систем и формированию ключевых понятий супрамолекулярной химии для дальнейшего переноса полученных знаний в информационное пространство школьного химического образования. Возможность реализации предложенных лабораторных работ в рамках школьного курса химии как на уроках, так и во внеурочной работе при организации проектной и исследовательской деятельности, может позволить обучающимся ознакомиться с вопросами супрамолекулярной химии, как одного из крупнейших направлений развития химической науки на современном этапе.
Выводы. Влияние роли выполнения предложенных в статье вариантов лабораторных работ на сформированность у студентов представлений о химии супрамолекулярных систем требует дальнейшей экспериментальной проверки. Обоснование визуальных эффектов, наблюдаемых при выполнении данных работ, с позиции проявления различных вариантов межмолекулярных взаимодействий может выступать основой для развития представлений о структурной организации супрамолекулярных систем и их функционировании как на уровне химических реакций, так и на уровне работы молекулярных ансамблей в процессе жизнедеятельности высокоорганизованных биологических систем.

1. Березин Б. Д., Румянцева С. В., Морыганов А. П. Химические превращения хлорофилла и его использование для создания экологически чистых красителей нового поколения // Успехи химии. 2004. №73 (2). С. 197–207. DOI: 10.1070/RC2004v073n02ABEH000773.

2. Варфоломеев М. А., Зайцева К. В., Маджидов Т. И. Исследование кооперативности водородного связывания ацетона с водой // Учёные записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2012. Т. 154. №1. С. 82–90.

3. Волкова С. А., Ибатуллин А. А., Рогатых С. В. О включении основ нанохимии в содержание школьного химического образования // Химия в школе. 2023. №6. С. 19–24.

4. Волкова С. А., Паршутина Л. А. Супрамолекулярная химия как источник обновления содержания школьного естественнонаучного образования // Педагогический журнал Башкортостана. 2018. №2 (75). С. 15–23. DOI: 10.21510/1817-3292-2018-2-15-23

5. Еремин В. В., Кузьменко Н. Е., Лунин В. В. Школьное химическое образование в России: стандарты, учебники, олимпиады, экзамены // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2003. Т. XLVII. № 2. С. 86–92.

6. Зимина А. И., Дорофеев М. В. Изучение испарения на уроках химии с использованием цифровых лабораторий // Вестник Московского государственного педагогического университета. Серия: Естественные науки. 2012. №1 (9). С. 98–105.

7. Короткова А. В., Плужник О. М., Потемкина Н. М. Супрамолекулярная химия как одно из перспективных направлений развития химической науки // Успехи современной науки и образования. 2017. Т. 2. №6. С. 109–117.

8. Миронова М. Г. История становления и методология супрамолекулярной химии // Исторические ретроспективы и современные тенденции в физической химии, радиохимии и коррозионных исследованиях: коллективная монография. М.: Граница, 2020. С. 141–191.

9. Николаев А. Ф. Современный взгляд на структуру воды // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета). 2007. №1 (27). С. 110–115.

10. Разумов В. Ф. Фундаментальные проблемы химии супрамолекулярных и наноразмерных структур // Известия Академии наук. Серия химическая. 2012. №7. С. 1276–1284.

11. Сутягин А. А., Меньшиков В. В. Изучение понятий супрамолекулярной химии при подготовке будущих учителей // Актуальные проблемы естественно-технологического образования: сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Саранск, 14–15 марта 2019 г. / под ред. М. В. Лабутиной, Т. А. Маскаевой, В. В. Панькиной. Саранск: Издательство Мордовского государственного педагогического института имени М. Е. Евсевьева, 2019. С. 198–203.

12. Торосян В. Ф. К содержанию современного курса химии // Химия в школе. 2013. №8. С. 47–49.

13. Эрлих Г. В. Какая химия должна изучаться в современной школе? // Российский химический журнал (Журнал Российского химического общества им. Д. И. Менделеева). 2011. Т. LV. №4. С. 28–36.

14. Fabbrizzi L. Beyond the molecule: intermolecular forces from gas liquefaction to X−H π hydrogen bonds // ChemPlusChem. 2022. V. 87. №1. URL: https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com (дата обращения: 10.10.24). DOI: 10.1002/cplu.202100243.

15. Kuntzleman T., Matti A., Tomco D. Chemistry in a Bottle // Journal of Chemical Education. 2024. Vol. 101. №8. P. 3606–3610. DOI: 10.1021/acs.jchemed.4c00598.

16. Ding L., Zhang J., Li J. Color catcher: a marvelous encounter of starch and iodine // University Chemistry. 2024. Vol. 39. №6. Р. 334–341. DOI: 10.3866/PKU.DXHX202311064.