Лаборатория на одном квадратном метре

Вузы и школы используют лабораторные комплексы по химии из ТПУ

УЧЕНЫЕ ТОМСКОГО ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА СОЗДАЛИ ЛИНЕЙКУ УНИКАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ КОМПЛЕКСОВ, КОТОРЫЕ ПОЗВОЛЯЮТ ПРОВОДИТЬ ШИРОЧАЙШИЙ СПЕКТР ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ. ТАКИЕ КОМПЛЕКСЫ УЖЕ УСПЕШНО РАБОТАЮТ В 150 ВУЗАХ СТРАНЫ. НОВЫЙ ЭТАП РАЗВИТИЯ ПРОЕКТА — ЛАБОРАТОРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ШКОЛЬНИКОВ. НЕДАВНО ПЕРВЫЕ ШЕСТЬ КОМПЛЕКСОВ БЫЛИ ПОСТАВЛЕНЫ В ШКОЛЫ-ИНТЕРНАТЫ ЯМАЛА. СЕЙЧАС РАБОТЫ НАД КОМПЛЕКСАМИ ВЕДУТСЯ НА КАФЕДРЕ ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ИНСТИТУТА НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ.

История этих лабораторных комплексов началась в 2003 году, тогда политехники разработали свои первые лабораторные комплексы для высших учебных заведений.

— Комплекс для вузов состоит из универсального контролера и набора модулей для проведения широкого круга лабораторных работ: модули по общей химии, электрохимии, термическому анализу, калориметрии. Обычно один вуз приобретает от трех до пяти комплектов: этого достаточно для проведения лабораторных работ в группе. Комплекс охватывает 90 % курса общей химии в университете, — рассказывает заведующий кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности Сергей Романенко.

Контроллер управляет остальными модулями комплекса, регистрирует данные эксперимента и передает их на персональный компьютер. Модуль «Термостат-калориметр» предназначен для проведения калориметрических измерений и работ, требующих поддержания заданной температуры. Модуль «Термический анализ» предназначен для проведения лабораторных работ по изучению фазовых равновесий и построения фазовых диаграмм в двухкомпонентных системах. А модуль по электрохимии позволяет проводить лабораторные работы по кондуктометрии, потенциометрии и электролизу.

На сегодняшний день лабораторные комплексы используются в вузах по всей стране, в том числе и в столичных университетах. Политехники планируют модернизировать комплекс и добавить новые модули.

— Этот проект — пример успешной коммерциализации, когда мы прошли путь от идеи до коммерчески успешного дела. Под разработку специально была создана организация, которая и занимается реализацией комплексов, — это ООО «Унитех», — отмечает заведующий кафедрой.

Списать не получится

На разработку лабораторного комплекса для школ научный коллектив получил грант Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «МОСТ» («Модернизация образования современными технологиями»). У лабораторных комплексов для школьников несколько иная концепция — все модули объединены в небольшую функциональную платформу. Это полноценное рабочее место для ученика, где он может проводить эксперименты. Школьники могут, например, нагревать вещества в термостате, перемешивать их бесконтактным способом, работать с веществами в колбах. К платформе можно подключить до 200 дополнительных устройств и датчиков.

— В школах есть базовый курс химии для всех учеников, профильные классы с углубленным изучением химии и проектная работа. Для всех этих направлений наш комплекс подходит. Мы разработали три комплектации комплекса. Первый, самый простой, можно поставить каждому ученику на парту, и он на нем сможет выполнять все практические работы в рамках школьного курса, — говорит Сергей Романенко. — В каждом комплексе стоит полноценный компьютер, устройства по wi-fi связываются в сеть и передают данные на компьютер учителя. Учитель видит, что происходит на каждом комплексе: какие параметры у эксперимента, какие данные получает ученик. В таких условиях каждый ученик вынужден честно проводить работу, списать не получится.

Также существует варианты комплекса для учителя, на котором можно проводить демонстрационные опыты, и для организации проектной деятельности школьников. Комплексы для проектной работы недавно появились в двух школах-интернатах в селах Новый Порт и Мыс Каменный Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). Отметим, что Новопортовское месторождение является одним из самых крупных разрабатываемых нефтегазоконденсатных месторождений ЯНАО. С помощью лабораторных комплексов, разработанных политехниками, старшеклассники этих отдаленных сел выполняют экспериментальную часть своих исследований по изучению свойств нефти уникального сорта NovyPort, добываемой на Новопортовском месторождении. А сотрудники Томского политеха дистанционно помогают школьникам.

— Я, например, курирую две темы у ребят. Одна из них — «Исследование физических свойств и состава нефти», — рассказывает аспирант кафедры Никита Абраменко. — В Новом Порту и Мысе Каменном добывают разную нефть. Она даже по цвету разная: возле одного поселка нефть черная, во втором — серовато-коричневая. С помощью комплекса и дополнительных устройств к нему ребята смогут измерять основные физические и химические свойства нефти, определить содержание механических примесей, содержание воды в сырой нефти и провести ряд других экспериментов. В конце проделанной работы юные исследователи смогут сопоставить результаты и выработать наиболее рациональный путь применения исследованного сорта нефти.

С лабораторными комплексами работают ученики 8–11 классов, интересующиеся естественными науками, — всего 28 человек. Помимо изучений свойств нефти, они смогут проводить мониторинг состояния водных объектов и почв в районах нефтедобычи.

— Наши комплексы позволяют вывести химию в школах на более продвинутый уровень. В принципе базовый курс химии в школах сегодня обеспечивается набором реактивов. Также есть компании, которые предлагают наборы датчиков для лабораторных работ. Но это всего лишь датчики. Лабораторный комплекс дает возможность учащемуся не просто что-то измерить и записать результаты на листочек, а смоделировать целый эксперимент и провести его на одном приборе, — добавляет заведующий кафедрой.

Александра Лисовая

Учебно-лабораторные комплексы позволили полностью обновить лабораторный практикум по физической химии в соответствии с современными стандартами образования.

Олег Томилин, заведующий кафедрой физической химии, директор Инновационного образовательного центра Мордовского государственного университет

Разработанные учебно-лабораторные комплексы можно использовать в общелабораторном практикуме целого ряда химических и смежных дисциплин («Аналитическая химия», «Физическая химия», «Химия почв», «Химические процессы в окружающей среде», «Экологический мониторинг»), а объединение программного обеспечения и датчиков приводит к интенсификации учебного процесса и экономии учебного времени.

Сурия Гильманшина, заведующая кафедрой химического образования Казанского федерального университета

Лабораторные комплексы используются при проведении лабораторных работ по дисциплинам «Общая химия», «Неорганическая химия», «Аналитическая химия», «Физическая химия». В ходе выполнения лабораторных работ студенты приобретают практические навыки экспериментальной работы и осуществляют связь теории с практикой.

Иван Борисов, заведующий кафедрой химии Башкирского государственного педагогического университета имени М. Акмуллы