Модернизация общеобразовательных учреждений, связанная с переходом на профильное обучение, требует от преподавателя высокого уровня теоретических знаний, подкрепляемых использованием различных методик и технологий обучения. В условиях вариативности и различных уровней химического образования умение применять инновационные технологии поможет учителю добиваться высокого качества обучения. К новейшим технологиям обучения можно отнести использование компьютеров и телекоммуникаций. Они способствуют рациональному проектированию учебного процесса и эффективной реализации намеченных целей и задач образовательного процесса [1].
Образовательная среда с активными методами обучения значительно повышает мотивацию учащихся к учебному процессу, является важным элементом в успешном развитии стратегии внедрения электронных образовательных ресурсов. Программные приложения для таких продуктов основаны на моделировании и использовании понятного и ёмкого мультимедийного контента [2, с. 21]. Компьютерное моделирование позволяет получать в динамике предельно понятные и информативные иллюстрации опасных или многоступенчатых химических реакций, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользнуть при проведении реального эксперимента, позволяет изменять временные рамки, изменять параметры и условия проведения опыта в широких пределах, а также воспроизводить ситуации, недоступные в реальных условиях.
Выполнение лабораторных работ в классах с углубленным изучением химии – необходимый элемент для осуществления химического образования на высшем уровне. Для проведения экспериментов с химическими соединениями нужна хорошо оборудованная исследовательская площадка, полный комплект химреактивов, подведённые коммуникации, однако обеспечение системы образования всем перечнем необходимых расходников для проведения химического эксперимента всегда было недостаточным [3, с. 71]. В реалиях постепенного перехода на профильное обучение, а также смещение акцента на местное самоуправление проблемы финансового обеспечения образования, в том числе и новых учебных планов по химии в профильных классах разработаны слабо. Поэтому нужно активно внедрять современные информационные технологии и максимально широко использовать технологию компьютерного обучения [4, c. 664].
Разработанная компьютерная модель учебной химической лаборатории «Получение, собирание и распознавание газов» создана для учащихся девятых классов общеобразовательной школы в качестве учебно-методической поддержки раздела «Свойства металлов и неметаллов и их соединений». Методология разработки аналогична работе [5].
Данная виртуальная лаборатория состоит из восьми проектов, один из которых является управленческим, а оставшиеся семь содержат виртуальные химические эксперименты:
1. Химический эксперимент «Аммиак» предназначен для получения, собирания и распознавания аммиака при нагревании смеси соли хлорида аммония и гидроксида кальция:
2NH4Cl + Ca(OH)2 → 2NH3↑ + CaCl2 + H2O.
2. Химический эксперимент «Водород» предназначен для получения, собирания и распознавания водорода в лабораторных условиях при взаимодействии цинка и соляной кислоты:
Zn + 2HCl → ZnCl + H2↑.
3. Химический эксперимент «Кислород» предназначен для получения, собирания и распознавания кислорода при нагревании кристаллического перманганата калия:
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑.
4. Химический эксперимент «Углекислый газ» предназначен для получения, собирания и распознавания углекислого газа при взаимодействии разбавленной соляной кислоты и карбоната кальция (мрамора):
CaCO3 + 2HCl → CO2↑ + CaCl2 + H2O.
Схема виртуальной лаборатории представлена на рис. 1.
На главной странице приложения расположены три интерактивные кнопки, позволяющие перейти к определенному этапу проведения лабораторной работы: изучение теоретического материала, просмотр виртуального химического эксперимента, проверка полученных знаний с помощью встроенной системы тестов. Интерактивный переход реализован средствами программирования на языке программирования ActionScript:
stop();
k1.onRelease = function():Void {
gotoAndPlay(«Teoria», 1) ;
};
k2.onRelease = function():Void {
gotoAndPlay(«Demonstr_opt», 1) ;
};
k3.onRelease = function():Void {
gotoAndPlay(«Test», 1) ;
};
Рассмотрим все этапы проведения лабораторной работы на примере химического эксперимента «Кислород».
Перед просмотром способа получения, собирания и распознавания кислорода на начальной странице (рис. 2) располагается лабораторная установка, формулируется постановка задачи с полными названиями используемых веществ и примечанием.
Нажав на кнопку «Просмотр», учащийся переходит непосредственно к просмотру демонстрации, которая моделирует процесс получения кислорода.
Работа кнопки осуществляется следующим кодом:
stop();
k1.onRelease = function():Void {
loadMovie(«Кислород.swf», «»)
};
По окончании просмотра на экран выводится уравнение реакции получения кислорода в условиях лаборатории при нагревании кристаллического перманганата калия, условно показывающее запись химической реакции демонстрационного опыта. Поднесением тлеющей лучинки к пробирке с собранным в ней газом распознается кислород.
Далее можно перейти к построению математической модели. Она содержит необходимые формулы для расчетов, молярные массы веществ, молярный объем полученного газа при нормальных условиях и позволяет самостоятельно выбирать параметры производимых реакций, используя специализированное поле ввода, и рассчитывать объем кислорода с помощью интерактивной кнопки, функции которой реализованы программным кодом:
on(release) {
var n1, M1: Number;
M1=158;
n1 = Number(m1.text);
mOs.text = String((n1*22.4)/(2*M1));
}
Компьютерные модели химических экспериментов «Аммиак», «Водород» и «Углекислый газ» имеют аналогичную структуру.
Методическая часть проекта содержит теоретический и тестовый материал.
Теория включает основные определения, необходимые для обнаружения того или иного газа и для понимания происходящего на экране при моделировании и просмотре демонстрационного опыта.
Тестовые задания (рис. 3) позволяют учащимся проверить полученные знания после проведения виртуальных химических экспериментов и ознакомления с теорией.
Рис. 1. Схема виртуальной лаборатории
Рис. 2. Начальная страница виртуального химического эксперимента «Кислород»
Рис. 3. Страница прохождения тестовых заданий
Тест работает с помощью кода:
var test=0;
b1.onPress = function() {
if (o1.selected == true) {
test++; }
_root.nextFrame();
rezultat.text=test; o1.selected=false;
}
При изучении раздела «Свойства металлов и неметаллов и их соединений» важной является тема «Качественные реакции на ионы». По этой теме авторами создана интерактивная лаборатория, имеющая аналогичную структурную реализацию и содержащая следующие демонстрационные опыты:
1. «Качественная реакция на Fe3+» с желтой кровяной солью – предназначена для определения в растворе ионов железа (III) с помощью качественной реакции:
4FeCl3 + 3K4[Fe(CN)6] → Fe4[Fe(CN)6]3↓ + 12KCl.
2. «Качественная реакция на Fe3+» с роданидом калия – предназначена для определения в растворе ионов железа (III) с помощью качественной реакции:
FeCl3 + 3KSCN → Fe(SCN)3↓ + 3KCl.
3. «Качественная реакция на Fe2+» с красной кровяной солью – предназначена для определения в растворе ионов железа (II) с помощью качественной реакции (рис. 4):
3FeCl2 + 2K3[Fe(CN)6] → Fe3[Fe(CN)6]2↓ + 6KCl.
4. «Качественная реакция на Fe2+» с щелочью – предназначена для определения в растворе ионов железа (II) с помощью качественной реакции:
FeCl2 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + 2NaCl.
5. «Качественная реакция на Zn2+» – предназначена для определения в растворе ионов цинка с помощью качественной реакции (рис. 5):
ZnSO4 + 2NaOH → Zn(OH)2↓ + Na2SO4.
6. «Качественная реакция на Cu2+» – предназначена для определения в растворе ионов меди с помощью качественной реакции:
CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4.
7. «Качественная реакция на Cl-» – предназначена для определения в растворе ионов хлора с помощью качественной реакции:
NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3.
8. «Качественная реакция на Br-» – предназначена для определения в растворе ионов брома с помощью качественной реакции:
NaBr + AgNO3 → AgBr↓ + NaNO3.
9. «Качественная реакция на SO42-» – предназначена для определения в растворе сульфат-ионов с помощью качественной реакции:
BaCl2 + H2SO4 → BaSO4↓ + 2HCl.
Рис. 4. Демонстрационный опыт «Качественная реакция на Fe2+» с красной кровяной солью
Рис. 5. Демонстрационный опыт «Качественная реакция на Zn2+»
Таким образом, использование созданных виртуальных лабораторий в образовательном процессе школы приведет к повышению качества усвоения знаний и овладению соответствующими умениями и навыками, внесет определенные особенности в учебный процесс. Еще одним преимуществом моделируемого образовательного эксперимента является то, что ученики могут повторять его неограниченное количество раз, при этом не затрачивая никаких химических реактивов, что способствует упрочнению и углублению знаний.
Проект выполнен при финансовой поддержке Стерлитамакского филиала БашГУ В17-79 «Разработка виртуальных учебных лабораторий и экспериментальных установок для средней общеобразовательной школы».
Библиографическая ссылка
Хасанова С.Л., Файзуллина Н.Р., Симонова И.А. КОМПЬЮТЕРНАЯ МОДЕЛЬ УЧЕБНОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ «ПОЛУЧЕНИЕ, СОБИРАНИЕ И РАСПОЗНАВАНИЕ ГАЗОВ» // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 11. – С. 157-162;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36862 (дата обращения: 25.04.2024).