Методика и техника подготовки к чемпионату WorldSkills Russia Juniors по компетенции Лабораторный Химический Анализ

Методические материалы

Предисловие

Движение WorldSkills Russia - некоммерческая организация, созданная с целью повышения стандартов профессионального мастерства, а также подготовки квалифицированных кадров по определённым профессиональным компетенциям.

Среди данного движения существует несколько веток чемпионатного движения, которые различаются по возрастам участников, в которых участвуют в данном мероприятии. Различают следующие направления:

KidSkills (школьники 6 - 8 класса)
WorldSkills Russia Juniors (школьники 9 -11 классов)
WorldSkills Russia “Молодые Профессионалы” (участники возраста от 16 до 49 лет)
WorldSkills Russia Межвузовский чемпионат (участники - студенты ВУЗов)
WorldSkills Russia “Навыки мудрых” (участники возраста 50 - 65 лет)

В настоящее время выпускники колледжей и техникумов для демонстрации полученных в ходе учёбы профессиональных навыков сдают демонстрационный экзамен по стандартам WorldSkills.

Как педагог дополнительного образования имел возможность принимать участие WorldSkills Russia Juniors в качестве эксперта-компатриота, эксперта, технического эксперта. Кроме того, имел опыт личного участия в качестве конкурсанта в корпоративном чемпионате WorldSkills Russia «Молодые профессионалы» от Роскосмос. Имею 2 года опыта подготовки школьников к данному чемпионату. Все чемпионаты, в которых принимал участие относились к компетенции “Лабораторный Химический Анализ”.

Дорожная карта подготовки конкурсанта к чемпионату WorldSkills Russia по компетенции “Лабораторный Химический Анализ”

Ниже приведённая дорожная карта обучения предназначена для индивидуальной подготовки чемпионату и по характеру содержания чем-то даже напоминает программу индивидуальных фитнес-тренировок с личным тренером. Раскрытие некоторых пунктов

Дорожная карта:

Определите текущий уровень знаний и профессиональных навыков в области аналитической химии.
Найдите наставника для подготовки и площадку, где Вы будете готовиться к чемпионату. Желательно, чтобы Вашим наставником был либо сертифицированный эксперт WorldSkills Russia по данной компетенции, либо практикующий специалист со стажем, или же преподаватель химического ВУЗа или среднего профессионального учреждения.
Обсудите с Вашим куратором организационные моменты и программу подготовки к предстоящему чемпионату. При этом четко обозначьте собственные ожидания и постарайтесь осознать и принять необходимый уровень требований.
Разберите с наставником содержание инфраструктурного листа данной компетенции. Подробная информация об инфраструктурном листе представлена соответствующем разделе в данной статьи.
Разберите вместе с наставником предполагаемые методики, которые могут быть конкурсными заданиями для подготовки к чемпионату.
Составьте план и организационную структуру проведения химического эксперимента. Наденьте необходимые СИЗ. Изучите правила обращения с реактивами и руководства по эксплуатации используемым измерительным оборудованием. Подготовьте рабочее место, где предстоит проведение химического анализа. Подготовьте все необходимое оборудование, стеклотару, а также приготовьте необходимые растворы и реактивы для проведения химического анализа
Проведите сам процесс химического анализа, в процессе исполнения которого делайте акцент на последовательность выполнения согласно методике и технику исполнения отдельных операций химического анализа, а также на грамотную аккуратную последовательную запись и оформление протокола выполнения анализа.
Проведите химический анализ по данной методике как минимум 2 или 3 раза, доведя технику исполнения отдельных операций химического анализа не только до автоматизма, но чтобы общее время выполнения химического анализа вместе с оформлением протокола укладывался в установленный дедлайн.

Анализ инфраструктурного листа компетенций

Первое, с чего необходимо начать подготовку, это найти и изучить инфраструктурный лист предстоящего чемпионата по компетенции “Лабораторный химический анализ”. Инфраструктурный лист - электронная таблица, в котором отображены все необходимые материалы, реактивы, оборудование и прочая техника, которое должно быть на конкурсной площадке по данной компетенции. Также в данном документе представлен тулбокс конкурсанта, который предоставляет собой совокупность всех необходимых предметов, который участник должен взять с собой на чемпионат. Инфраструктурный лист чемпионата выкладывают в публичный доступ за 3 - 6 месяцев до начала проведения чемпионата.

При прочтении инфраструктурного листа, в первую очередь обратите внимание на то, какие реактивы и специфическое химическое измерительное оборудование будет там написано. Исходя из этого, Вы сможете определить предполагаемые методы количественного химического анализа. В юниорской линейке (WorldSkills Russia Juniors) количество возможных методов анализа: от 3 до 4. Ежегодно включают конкурсные задания по фотометрии, титриметрии в одном из исполнении (кислотно-основное, кондуктометрическое, потенциометрическое, комплексонометрическое) и какой-нибудь другой метод. Это может быть рефрактометрия, ионообменная хроматография. Кроме того возможны сочетание используемых проведения нескольких методов количественного химического анализа. Например, ионообменная хроматография и кондуктометрическое титрование. Подробное исполнение данного химического анализа представлено в соответствующем посте vc. За месяц до проведения чемпионата на сайте компетенции могут выложить тематика конкурсных заданий.

Конкурсные задания в юниорской линейке и в линейке Молодые профессионалы представляют собой методику определения содержания конкретного анализируемого вещества определённым количественным методом. Задача конкурсанта является за отведенный промежуток времени выполнить химический анализ по предложенной методике и оформить протокол выполнения анализа. В процессе выполнения конкурсного задания участником необходимо сделать акцент на двух вещах: техника, аккуратность, безопасность проводимых действий химического анализа, а также проведение анализа в строгом соответствии с содержанием методики выполнения анализа.

Где взять содержание конкурсных заданий?

Ответ таков: точное содержание исходного задания до проведения чемпионата Вам никто не даст, что достаточно очевидно, но отмечу, что конкурсные задания составляются на основе актуальной на текущий момент нормативной документации. По форме и типу содержания документа конкурсное задание представляет собой методику анализа.

Методика анализа - подробное описание выполнения анализа данного объекта с использованием выбранного метода, которое обеспечивает регламентированные характеристики правильности и воспроизводимости.

Объект анализа (в контексте химии) - изучаемый предмет, в составе которого предсполагается или содержится анализируемое вещество

Методики анализа в подавляющем большинстве представлены в таких документах как, ГОСТ (Государственный Стандарт), МУ (Методические указания), а также методики анализа из курса количественных методов анализа аналитической химии и физико-химических методов анализа. Реальные конкурсные задания либо являются небольшой адаптацией существующих ГОСТовских методов анализа либо написаны на основе существующей ГОСТовских документов, отличающиеся лишь методом анализа. Например, в методике количественного определения содержания марганца в пробах воды питьевой, которое представлена ГОСТ 4974-2014 Вода питьевая. Определение содержания марганца фотометрическими методами используется фотометрия, реализованная в исполнении метода градуировочного графика, но разработчики могут составить методику определения данного объекта анализа только методом стандарта или же методом добавок.

Как анализировать методику выполнения химического анализа?

Постарайтесь визуализировать в виде схемы ход и последовательность совершаемых действий для проведения анализа и четко прояснить мелочи в технике выполнении отдельных операций химического анализа, дабы не допустить возможных двойственных смысловых трактовок, которых в ГОСТовских методиках могут встречаться немало. Для проверки достоверности прочтения методики рекомендую написать протокол выполнения анализа, взяв за основу приближенные, но более менее правдоподобные измеряемые на измерительных приборах значения результатов анализа. Подобная практика при подготовке конкурсанта позволяет разобрать и отработать нюансы ведения протокола и статистической обработки и представления результатов измерений. Ниже представлен визуальное представление схем приготовления рабочих растворов для измерения содержания марганца в пробе питьевых и природных вод согласно на ГОСТ 4974-2014 Вода питьевая. Определение содержания марганца фотометрическими метод

Организационные моменты подготовки к проведению химического анализа

Тщательно проведённая работа подготовительного и организационного характера является важной составляющей успешного выполнения химического анализа. К подготовительным мероприятиям организационного характера относят:

изучение техники безопасности и отработка оказания первой медицинской помощи при возникновения травм при работе в химической лаборатории
подготовка рабочего места, где предполагается проведение химического анализа
проверка работы и подготовка к эксплуатации необходимого измерительного и прочего оборудования, необходимого для проведения химического анализа. Например, перед непосредственным измерением источник излучения спектрофотометра прогревают в течение 10 - 15 минут с целью термической стабилизации рабочего пространства измерения внутри данного прибора
подготовка и проверка целостности и чистоты всей химической стеклотары соответствующего наименования в необходимом для проведения химического анализа количестве, а также всех вспомогательных материалов и инструментов, используемые в дальнейшем в процессе проведения химического анализа.
приготовление реактивов и растворов, которые должны быть заранее приготовлены перед началом выполнения химического анализа

Основные этапы проведения химического анализа.
Чтение методики анализа

Все основные моменты основных этапов выполнения химического анализа и анализа чтения содержимого методики химического анализа представлено в фотоколлаже

Процесс выполнения химического анализа

В ходе выполнения лабораторного химического анализа делается акцент на технику выполнения отдельных операций химического анализа, например техника взвешивания массы навески сухого или жидкого вещества, процедура количественного переноса и растворения навески анализируемого вещества в мерной колбе, техника выполнения титрования, техника снятия показаний с бюретки или спектрофотометра и так далее. Регулярная, осознанная, целенаправленная и ориентированная на результат практика проведения химического анализа является ключом к приобретению профессионального мастерства по данной компетенции. Порядок выполнения хода выполнения анализа расписан в методике анализа.

Протокол выполнения химического анализа

Протокол анализа в контексте выполнения лабораторного анализа - документ, в котором письменным образом зафиксирован и надлежащим образом ход выполнения химического анализа согласно заданной методике. По сути протокол анализа представляет собой отчет о проведении химического анализа.

Общие правила по структуре, содержанию и оформлению протокола выполнения химического анализа представлен в галерее ниже

Статистическая обработка результатов анализа

После выполнения экспериментальной части хода выполнения химического анализа и нахождения искомых результатов части химику-аналитику необходимо определить, насколько верно и точно был выполнен анализ. Ответ на этот вопрос дает такая прикладная дисциплина, как математическая статистика. Для этого могут использоваться различные методы, такие как статистические тесты, проверка гипотез, корреляционный анализ и другие. Важно определить подходящие статистические тесты, а также необходимый размер выборки, чтобы обеспечить точность и надежность результатов. Целью статистической обработки результатов анализа является выявление закономерности и тенденции в данных и лучше понять изучаемое явление.

Статистическая обработка результатов анализа подразумевает процесс анализа данных с целью сделать значимые выводы и получить представление о формах закономерностей, которые наблюдаются между различными группами данных.

В рамках подготовки к данному чемпионату достаточно иметь значения и рассчитывать с помощью Microsoft Excel следующие величины:

Среднее арифметическое результатов измерений
Дисперсия, стандартное отклонение
Расчёт доверительных интервалов
Расчёт абсолютной и относительной погрешности результатов анализа
Построение точечной гистограммы c отображением линии тренда

Для каждой методики химического анализа прописан соответствующий порядок выполнения результатов измерений.

В случае, если имеются серьёзные проблемы по анализу статистических данных а также пробелы по аналитической химии, то могу порекомендовать изучить следующие труды.

Пособие по аналитической химии и химической метрологии

Жерносек А.К., Талуть И.Е. Ж 59 Аналитическая химия для будущих провизоров. Часть 1. Учебное пособие / А.К. Жерносек, И.Е. Талуть; Под ред. А.И. Жебентяева. – Витебск, ВГМУ, 2003. – 362 с

При изучении данного учебного пособия сделайте акцент не только над теоретическими аспектами проведения анализа, но и на такие вопросы как способы выражения концентрации вещества, расчеты по уравнению реакции и расчётным формулам основополагающим закономерностей данного метода химического анализа.

Пособие по математической статистике

Кобзарь А. И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. — 816 с. — ISBN 978-5-9221-0707-5.

Данный литературный труд фундаментального характера, в котором представлены не только все расчетные модели по наиболее распространённым методам и разделам статистического анализа, но и реальные численные примеры реализации каждого метода, что делает данную книгу бесценной для инженера и научного работника.

Также существуют нормативные документы по статистической обработке результатов химического эксперимента. Одним из таких документов является Государственная Фармакопея Российской Федерации XIV издания, а точнее Общая Фармакопейная Статья (ОФС) ОФС.1.1.0013.15 Статистическая обработка результатов химического анализа.

Представление результатов химического анализа

Представление результатов химического анализа - требование методики анализа (нормативного документа) к тому, в что должно быть и каком виде должен быть представлен конечный результат выполнения анализа. В случае проведения качественного химического анализа конечный результат представляют в виде следующей формулировки: “Объект анализа соответетсвует/не соответсвует нормативноц документации по показателю ...”. В случае проведения качественного химического анализа конечный результат представляют в виде искомого численного значения с указанием величины доверительного интервалов.