Главная
База знаний "Allbest"
Химия
Разработка интерактивных моделей микромира и методика их использования при изучении школьного курса химии
Разработка интерактивных моделей микромира и методика их использования при изучении школьного курса химии
Использование интерактивных компьютерных моделей микромира в химии. Рекомендации по структуре и содержанию основных элементов компьютерной обучающей программы. Структура и компоненты интерактивного задания. Реализация структурных элементов урока химии.
| Рубрика | Химия |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.10.2009 |
| Размер файла | 165,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В. Н. Лихачев предлагает классифицировать учебные компьютерные модели по ряду критериев, основными среди которых являются наличие анимации при отображении модели, способ управления, способ визуального отображения модели. По наличию анимации УКМ могут быть динамическими и статическими. Динамические содержат анимационные фрагменты для отображения моделируемых объектов и процессов, в статических они отсутствуют. По способу управления УКМ могут быть управляемые, которые позволяют изменять параметры модели, и неуправляемые, которые такой возможности не предоставляют.
84
Среди демонстрационных (неуправляемых) моделей можно выделить еще две группы по возможности взаимодействия с пользователем: интерактивные и неинтерактивные. Интерактивные позволяют изменять вид отображения модели или точку наблюдения на модель, не изменяя при этом ее параметров. Неинтерактивные таких возможностей не предоставляют[21].
Э.Е. Нифантьев, А.К. Ахлебинин и В.Н. Лихачев считают наиболее полезной с методической точки зрения классификацию по моделирующему объекту. По уровню представляемых объектов модели, используемые в преподавании химии, можно разделить на две группы: модели макромира, которые отражают внешние свойства моделируемых объектов и их изменение и модели микромира, которые отражают строение объектов и происходящие в них изменения на уровне их атомно-молекулярного представления. А модели таких объектов, как химические вещества, химические реакции и физико - химические процессы, могут быть созданы как на уровне микромира, так и на уровне макромира[23].
84
Классификацию УКМ можно представить в виде схемы для большей наглядности.
1.4.3 Компьютерные модели микромира
Объектами для моделирования на уровне микромира являются атомы, ионы, молекулы, кристаллические решетки, структурные элементы атомов. На уровне микромира моделируются особенности строения вещества, взаимодействия частиц, из которых состоит вещество. Для моделирования химических реакций на уровне микромира большой интерес представляют механизмы протекания химических процессов. А в моделях физико-химических процессов рассматриваются процессы, происходящие на электронном или атомно-молекулярном уровне.
Понятно, что УКМ, моделирующие модели микромира, становятся отличными помощниками при изучении строения атомов, типов химической связи, строения вещества и т.д.[23].
Модели атомов 1 - 3 периодов периодической таблицы Менделеева реализованы в программе «1С: Репетитор. Химия» в виде моделей атома Бора. Более современные представления о строении атома реализованы в программе ChemLand, где рассматривается распределение электронов по энергетическим подуровням атомов элементов и вид отдельных орбиталей на различных энергетических уровнях.
Особый интерес представляет программа HyperChem. Она представляет собой одну из основных профессиональных программ для теоретического расчета различных термодинамических и электронных параметров молекул. С ее помощью оказывается возможным строить пространственные модели различных соединений, изучать особенности их геометрического строения, определять форму и энергию молекулярных орбиталей, характер распределения электронной плотности, дипольный момент и т. д. Все выходные данные предоставляются в виде цветных рисунков, которые затем можно распечатать на принтере, получая качественное изображение химических соединений в требуемых ракурсах и проекциях. Достоинством программы является возможность рассмотреть молекулу с разных сторон, ознакомиться с особенностями ее пространственного строения. Это представляется чрезвычайно важным, поскольку, как показывает практика преподавания, у учеников обычно не формируется представления о молекулах как о пространственных структурах. Традиционное изображение химических веществ в одной плоскости приводит к потере целого измерения и не стимулирует развития пространственного воображения[13].
В мультимедийном курсе «Химия для всех» используется программа - стереодемонстратор молекул. Она позволяет предоставлять объемные изображения молекул, состоящих из атомов водорода, кислорода, углерода и азота. Для демонстрации используют каркасные модели молекул. Модели можно перемещать, поворачивать, демонстрировать одновременно изображения нескольких различных молекул. Программа позволяет создавать новые модели молекул самостоятельно. Всего приведены модели 25 органических молекул, однако дидактическая ценность этих моделей невелика, так как предоставлены модели достаточно простых соединений, которые каждый школьник сможет собрать, используя пластилин и спички.
Демонстрационные орбитально-лопастные трехмерные модели некоторых молекул реализованы в программе «Метод валентных связей: гибридизация атомных орбиталей». А в программе «Природа химической связи» объясняются причины возникновения химической связи на примере образования молекулы водорода из атомов. Обе указанные программы входят в комплект обучающих программ «Химия для всех - 2000».
Интерактивные демонстрационные каркасные модели используются в программах ChemLand - 115 молекул преимущественно органических соединений, и «Химия для всех». У этих двух программ есть свои плюсы и минусы: в программе «Химия для всех» модели можно демонстрировать на полный экран монитора, а в программе ChemLand такой функции нет, однако, в программе представлено большое количество молекул. В программе ChemLand используются динамические модели, демонстрирующие пространственное строение молекул с возможностью измерения валентных углов и длин связей, что позволяет проследить изменение полярности треугольной молекулы в зависимости от типа атомов.
При изучении строения молекул и кристаллов могут быть полезны программы, больше предназначенные для исследовательских целей. Это, например, программа CS Chem3D Pro, которая позволяет создавать, изменять и отображать трехмерную структуру различных молекул. Также полезна программа Crystal Designer, которая предназначена для визуализации трехмерной структуры кристаллической решетки. Эти программы могут быть полезны при создании трехмерных изображений молекул и кристаллов и для их демонстрации на уроках с помощью компьютера.
Программа «Собери молекулу», хотя и уступает по своим возможностям вышеназванным программам, может эффективно использоваться при индивидуальной работе школьников.
Модели физико - химических процессов и механизмов реализованы в программе «Химия для всех». Здесь продемонстрированы неинтерактивные модели по теме «Электролитическая диссоциация»: диссоциация солей, кислот, щелочей, гидролиз солей. В этой же программе реализованы некоторые модели механизмов органических реакций: бромирование алканов, этерификация, общий механизм реакций полимеризации и т.д. Все модели механизмов реакций неинтерактивные, демонстрируются на полный экран, имеют звуковое сопровождение, однако отсутствует текстовое описание происходящих явлений, что существенно ограничивает использование программы.
В онлайновой версии интерактивного учебника для средней школы по органической химии для X - XI классов под редакцией Г. И. Дерябиной, А. В. Соловова представлены обменный и донорно-акцепторный механизмы образования ковалентной связи, гомолитический и гетеролитический механизмы разрыва ковалентной связи на примере отрыва атома водорода от молекулы метана, процесс sp - гибридизации. Большой интерес представляют интерактивные трехмерные демонстрационные модели органических молекул и механизмов химических реакций: хлорирование метана и общий механизм нуклеофильного замещения. Очень важно, что при работе с моделями можно изменять их положение в пространстве, а для механизма реакции - изменять положение точки наблюдения.
Еще одна программа, демонстрирующая механизмы химических реакций, программа Organic Reaction Animations. Она содержит 34 механизма органических реакций. Причем, каждый механизм представлен в виде четырех вариантов молекулярных моделей: шаростержневой, объемной и двух вариантов орбитально-лопастных моделей. Один из вариантов орбитально-лопастных моделей демонстрирует изменение в ходе реакции внешних орбиталей субстрата, а другой - реагента. Это облегчает наблюдение за изменением внешних орбиталей реагентов в ходе реакции. При необходимости можно воспользоваться теоретическим материалом [13] [23].
1.4.4 Структура и содержание компьютерных моделей в ЭИ
Проанализировав структуру компьютерных моделей в электронных изданиях ведущих разработчиков России можно сказать, что в большинстве электронных изданий по химии используются управляемые и интерактивные компьютерные модели.
Использование табличного формата предъявления информации позволяет предоставить материал в компактной форме и наглядно показывают связи между различными понятиями.
Использование слухового канала восприятия информации одновременно с зрительным значительно повышают производительность обучения.
Тщательная сгруппированность и структурирование информации предопределяют четкое и быстрое усвоение.
Белый или темно - синий фон наиболее хорошо воспринимаемы при изучении материала.
Техническая помощь позволяет совершать адекватные действия при работе с программой, ведь не каждый ученик умеет правильно пользоваться клавиатурой и мышью.
Изменение визуализации модели позволяет правильно и адекватно оценить и изучить модель. В некоторых программах реализованы объемные, шаростержневые, каркасные модели, а также модели Дрединга.
Изменяя размер и удаленность модели, можно рассмотреть ее в разных плоскостях, это повышает наглядность в обучении.
Полноэкранный режим рассмотрения модели обязательно должен присутствовать при изучении моделируемого объекта.
Функции поиска
Электронноеиздание |
Типы мод-елей |
Формат |
Слуховой канал(озвучка) |
Сгруппиров-анность |
Техни-ческаяпомощь |
Функ-цияпоиска |
раз-мер |
Визуа-лизации |
Полно-экран-ныйрежим |
|
|
Химия для всех - XXI. Самоучитель. Решение задач |
Не-инте-рактивные |
Табличный |
есть |
есть |
нет |
есть |
нет |
нет |
есть |
|
|
1С: Школа. Химия, 8 класс |
Инте-рактивные |
Табличный |
нет |
есть |
нет |
есть |
есть |
есть |
нет |
|
|
Химия для всех - XXI: 9 класс. |
инте-рактивные |
Табличный |
нет |
есть |
нет |
есть |
есть |
есть |
нет |
|
|
1с Репетитор. Химия(1.0а) |
Не-инте-рактивные |
Табличный |
есть |
есть |
нет |
нет |
нет |
нет |
нет |
|
|
Химия 8-11 класс. Виртуальная лаборатория. |
Инте-рактивные |
Табличный |
нет |
нет |
есть |
нет |
есть |
есть |
есть |
Можно сделать вывод, что в настоящее время имеется большое число отечественных и зарубежных программных средств обучающего назначения для изучения химии, содержащих в своем составе различные типы учебных компьютерных моделей, однако есть ряд противоречий, сдерживающих использование учебных компьютерных моделей при изучении школьного курса химии:
· Между потребностью практического применения химических компьютерных моделей и недостаточно разработанной методикой их использования в составе различных типов программных средств обучения;
· Между необходимостью разработки методики использования химических учебных компьютерных моделей и мало исследованными особенностями содержания и функциональными возможностями химических УКМ;
· Между потребностью выявления специфики содержания, определения функциональных возможностей химических УКМ и недостаточным вниманием, уделяемым изучению этих аспектов.
Глава 2 Структура и компоненты интерактивного задания с использованием компьютерных моделей для изучения темы «Химическая связь и метод ВС»
2.1 Формулировка интерактивного задания
Интерактивной компьютерная модель должна содержать только самые важные признаки и свойства изучаемого объекта, причем содержание это должно быть оптимальным. При создании интерактивных компьютерных моделей обычно ставится задача затронуть основное, главное, что учащиеся должны знать и уметь в результате обучения. Работа с ИКМ позволяет развивать мышление теоретического типа, поскольку ее можно изготовить таким образом, чтобы она сочетала в себе внешние особенности изучаемого объекта и его внутреннюю структуру и связи, причем во взаимодействии. Тем самым форма знаний об объектах оказывается носителем содержания знаний.
Принципы построения интерактивных компьютерных моделей.
5) Работа с ИКМ должна предусматривать построение знания, а не его усвоение. ИКМ не иллюстрация теоретического материала, а орудие его формирования.
6) ИКМ должна сочетать наглядность, описание и понятие, логику. То есть она должна быть не внешним отображением изучаемого явления, а его образным представлением. Причем она должна быть простроена таким образом, чтобы учащиеся овладевали знаниями о взаимосвязи явлений, составляющих целостную систему; давать знание о внутренних, существенных зависимостях, которые непосредственно наблюдать невозможно. Добиться этого можно отображением невидимых (векторов сил, скоростей, поля, энергия и.т.п) и скрытых (внутренние части механизмов например) элементов во взаимосвязи.
7) Работа с ИКМ должна предусматривать активную работу учащихся, поскольку она в обучении позволяет быстрее и успешнее осваивать опыт, формирующий отношение к исследуемой деятельности.
8) В работе с ИКМ предусматривается работа над развитием базовых мыслительных операций: обобщения, ограничения, определения, и сравнения понятий, логических отношений между ними, выделения существенных признаков предметов[19].
9) При моделировании объектов и явлений должны сохраняться общепринятые обозначения и терминология;
10) Программа должна иметь справочный режим, содержащий определение всех определение всех используемых объектов и отношений;
11) Программа должна иметь справочный режим, описывающий правила работы;
12) Должны быть выдержаны стандартные требования к интерфейсу[9].
Принципы отбора содержания интерактивных компьютерных моделей
1) Значимость материала: необходимые теоретические сведения должны быть сформулированы максимально кратко, количество информации не должно превышать норм, определяемых психолого-педагогическими и гигиеническими требованиями;
2) Научная достоверность: В ИКМ включается только то содержание учебной дисциплины, которое признано объективно истинным;
3) Гуманистичность обучения: создание максимально благоприятных условий для овладения обучаемыми материала, предоставление им широких возможностей для всестороннего развития[29];
4) Сжатость и краткость изложения, максимальная информативность текста;
5) Отсутствие нагроможденности, четкий порядок во всем; тщательная сгруппированность информации;
6) Органичность: графика должна органично дополнять текст;
7) Принцип стадийности: детальная и интегральная информация может разделяться в пространстве и времени;
8) Четкость, ясность, лаконичность в разработке инструкций по выполнению заданий[14];
9) Соответствие содержания ИКМ уровню современного состояния науки: предполагает, что ИКМ должны быть адекватны современным образовательным моделям. Высокая информационная емкость не должна идти в ущерб восприятию и усвоению учебной информации.
10) Принцип неантагоничности: создаваемые ИКМ важно широко внедрять в образовательный процесс, этим может быть достигнут необходимый педагогический эффект;[29]
Для организации процесса обучения необходимо использовать компьютерные модели, предусматривающие активное взаимодействие с учащимися.
Основной целью применения учебных компьютерных моделей является наглядное представление существенных свойств изучаемых процессов и явлений. Поэтому для организации структуры и определения функциональных возможностей учебных компьютерных моделей можно применить идеи об использовании наглядности в обучении. Применение учебных компьютерных моделей предоставляет учителю широкие возможности варьирования методов применения учебных компьютерных моделей в процессе обучения в зависимости от целей и задач урока, степени подготовленности учащихся, наличия учебного времени. Реализация возможности функционирования управляемых УКМ в демонстрационном режиме позволяет их использовать не только при индивидуальной работе учащихся, но и при фронтальной.
По большому счету созданное нами интерактивное задание можно считать информационно - моделирующим модулем (ИММ). Большое значение для восприятия информации имеет расположение элементов, входящих в состав ИММ. В.Н. Лихачев отмечает, что наиболее рациональное использование визуального пространства достигается при отображении элементов ИММ в трех окнах [21]. Поэтому, разрабатывая интерактивное задание, мы основывались на этом положении (РИС 1, приложение):
В первом окне содержатся элементы, которые помогают пользователю приступить к выполнению данного интерактивного задания и элементы, необходимые для решения этого задания:
Теория. Понятно, что прежде чем начать выполнение данного задания нужно изучить теоретический материал. Здесь учащийся может продолжить изучение темы «Ковалентная связь», т.е., рассмотреть свойства ковалентной связи, механизмы образования ковалентной связи, более подробно ознакомиться с методом Валентных Систем и др. В программе используется гипертекст и моделирование процессов образования связи.
Сложность. Как и в большинстве такого рода программ сложность предоставляемых задач различна. В этой программе содержатся задания как для учащихся с базовым уровнем знаний, так и для учащихся более высокого уровня. Задания расположены строго по лестнице возрастания сложности. Приступить к решению задач уровня «сложно» можно в том случае, если учащийся решит задания уровней «средне» и «легко». Уровни «средне» и «легко» выбираются непосредственно, поэтому у учащегося есть выбор с какого из этих уровней начать.
Молекулы. В зависимости от уровня сложности учащемуся предоставляется выбор молекул веществ, которые он будет моделировать. На уровне «легко» ему предстоит смоделировать строение молекул водорода, фтора, хлороводорода. На уровне «средне» молекулы хлорида бериллия, фторида бора, метилхлорида.
На уровне «сложно» молекулы азота, этилена, углекислого газа.
Орбитали. Для моделирования строения молекул приведенных веществ требуется набор орбиталей, из которых учащийся должен будет собирать молекулы. Программа позволяет переносить орбитали, составляя из них модели молекулы.
Во втором окне учащийся из предложенных ему орбиталей будет строить модели атомов. Окно разделено на части, в зависимости от числа атомов, т.е., в случае водорода на две части, а в случае метилхлорида уже на три. Как показано на рисунке выбранные орбитали нужно перенести в эти части второго окна, соответствующие определенным атомам.
В третьем окне из собранных моделей атомов строится молекула, которая выступает как интерактивная компьютерная модель.
В состав заданий с использованием интерактивных компьютерных моделей могут входить разные по степени общности задачи, т.е., конкретные, частные, фундаментальные, предметные и др.
Можно выделить основные требования к учебным задачам:
1. Учебные задачи должны обеспечить усвоение полной системы средств, необходимых и доступных для успешного осуществления всех видов учебной деятельности.
2. Конструироваться должна не одна отдельная задача, а система задач.
3. Система задач должна обеспечивать достижение не только ближайших учебных целей, но и отдаленных.
4. Учебные задачи должны конструироваться так, чтобы соответствующие средства деятельности выступали как прямой продукт обучения.
Наряду с мыслительными задачами следует применять мнемонические (на запоминание), маженативные (на воображение) и перцептивные(на восприятие).
В данном интерактивном компоненте реализованы маженативные и перцептивные задачи.
2.2 Подсказка как способ активации мыслительной деятельности
Подсказка - это своего рода напоминание, которое приведет к решению конкретной задачи, части интерактивного диалога. Ее цель - дать ученику вспоминать о ранее изученном факте, закономерности и.т.д., успешно ответить на поставленный вопрос, решить задачу. Главное отличие подсказки от других видов помощи - направленность на решение конкретной проблемы и краткость.
Подсказки можно классифицировать по разным признакам.
По источнику:
ь Учащийся (Подсказка учащегося - это выражение определенных мотивов поведения ученика: помочь товарищу, показать свои знания учителю, обратить на себя внимание. Сам факт подсказки свидетельствует об активной работе учащихся на уроке);
ь Учитель (Подсказка учителя - это форма общения учителя с учащимися, помогающая направить внимание и мысли ученика на поиск правильного ответа на поставленный вопрос);
ь Литература (Подсказки часто встречаются в различных учебниках, рабочих тетрадях, справочниках, таблицах. Большинство подсказок в них ориентирующие, направленные на то, чтобы учащийся посмотрел рисунок, таблицу и т. д.);
ь Компьютер (Любая современная компьютерная программа снабжена системой помощи, которая даст возможность работать с ней любому человеку, немного знакомому с компьютером).
По достоверности:
ь Истинная подсказка (содержит прямую или косвенную информацию о предмете);
ь Ложная подсказка (не содержит правильной информации, относящейся к предмету).
По способу предъявления:
ь Словесная подсказка (подсказка с использованием речи);
ь Письменная подсказка (подсказка в письменном виде в форме записки или текста на экране компьютера);
ь Графическая подсказка (подсказка в виде рисунков, схем, графиков, таблиц, опорных сигналов, видеофрагментов);
ь Жестикулярная подсказка (подсказка с использованием жестов);
ь Комбинированная подсказка (подсказка с использованием текста, речи и графики).
По характеру:
ь Прямая подсказка (содержит конкретную информацию);
ь Пассивная подсказка (является конкретным ответом на поставленный вопрос, мыслительная деятельность учащегося в данном случае практически отсутствует);
ь Активная подсказка (несет конкретную информацию о предмете, но требует от учащегося активной мыслительной деятельности);
ь Косвенная подсказка (не включает непосредственной информации об ответе; содержит методические рекомендации о способе нахождения ответа, о фактах, необходимых для решения, об источниках получения необходимой информации):
1. Фактологическая подсказка - содержит информацию о конкретных фактах или определенных свойствах, требующихся для формулирования правильного ответа;
2. Ориентирующая подсказка - сообщает учащемуся, где можно взять недостающую для решения той или иной задачи информацию;
3. Теоретическая подсказка - несет информацию о правилах, теоретических положениях, знание которых необходимо для решения конкретного вопроса;
4. Логическая подсказка - система наводящих вопросов и умозаключений, подводящая учащегося к решению конкретной задачи[2].
В этом интерактивном компоненте подсказки лавным образом истинные, по способу предъявления реализованы в форме текста на экране компьютера, подсказки несут конкретную информацию о предмете, содержат информацию о определенных свойствах, требующихся для формулирования правильного ответа, однако подсказки требуют от учащегося активной мыслительной деятельности.
2.3 Техническая помощь
Не всегда ученик, зная правильный ответ, может ввести его в компьютер. Чтобы таких ситуаций не было, существует техническая помощь. Ей учащийся сможет воспользоваться, работая с данной программой.
Поэтому важно привести наглядный пример, как пользоваться данной программой: для этого разработана анимация со звуковым сопровождением. Кроме того, после просмотра анимации, с правилами работы можно ознакомиться и при помощи текстового сопровождения (описывается то же, что озвучивается в анимации).
Рассматривается построение модели молекулы водорода: «Для успешного решения заданий данной программы ознакомьтесь с теоретическим материалом, нажав для этого клавишу «Теория». Теперь выберите сложность заданий, нажав на клавишу «Сложность». Обратите внимание, что при нажатии на «Сложность» появляется ссылка с выбором уровня, для выбора нужного уровня просто наведите на него курсор и нажмите левую клавишу мыши. Закончив с этим, приступайте к выбору молекул веществ: для этого нажмите на клавишу «Молекулы» и проделайте аналогичные операции, как описывалось выше. Заметьте, что после выбора молекулы вещества, она распадается на атомы в колонке «Атомы», поэтому Вам сначала нужно определить строение атомов, а за тем соответственно молекул. Для этого нажмите клавишу «Орбитали». В колонке «Орбитали» появляется перечень орбиталей, из которых вам предстоит выбрать нужные. Так при решении первого задания, т.е., построение молекулы водорода, Вам нужно перенести по одной 1s1- орбитали в колонки «Строение атомов» напротив нужного атома. Для этого наведите курсор на нужную орбиталь и нажмите левую кнопку мыши, а затем перенесите ее в колонку «Строение атомов». И теперь чтобы из атомов водорода создать молекулу водорода нужно перенести «созданные» атомы из колонки «Строение атомов» в колонку «строение молекулы» и правильно соединить атомы. Теперь нажмите ответ». В анимации отражены правильный ход действий ученика при решении поставленной задачи, т.е., то же, что написано в тексте, но анимировано и показано на экране как видеофрагмент со звуковым сопровождением из текста.
Таким образом, техническая помощь создана для того, чтобы учащийся мог научиться работать с программой.
2.4 Визуализации
Эту функцию имеют практически все интерактивные компьютерные модели. Построив молекулу какого-либо вещества, пользователь сможет изменять вид отображения модели или точку наблюдения на модель, размеры модели, а также использовать для рассмотрения модели шаростержневые, каркасные, объемные модели, а также модели Дрединга.
2.5 Ответ
Ответ - высказывание, сообщение, вызванное вопросом; результат решения математической задачи. [Ответ // С.И. Ожегов. Словарь русского языка: М.: Рус.яз., 1986. - 797с.]
Ответы могут быть верными, практически верными, неверными и практически неверными. В данной программе реализованы лишь верные и неверные ответы на поставленные вопросы.
Ответы вводятся с помощью нажатия на клавишу «ОТВЕТ», а т.к., в данном интерактивном задании реализована маженативная система задач, то ответы представлены в виде построенных моделей молекул. В случае затруднения при ответе на поставленные вопросы учащийся может воспользоваться теоретическим материалом, подсказкой и др.
При решении задачи учеником, возникает определенная реакция на ответ со стороны компьютера. Если ответ правильный, то на мониторе появляется салют и возникает фраза «МОЛОДЕЦ». Если же ответ неправильный, то звучит взрыв, и построенная модель молекулы распадается, и учащемуся предлагается заново проделать операцию построения.
2.6 Взаимодействие учащихся с интерактивным заданием
Приступив к решению задания, пользователь либо знает, как его решить, либо нет, т.е., в первом случае учащийся верно вводит ответ и приступает к следующему заданию, во-втором, учащийся вводит неверный ответ, он тоже может приступить к решению следующего задания, однако только в режиме «легко» и «средне», в режим «сложно» он может попасть, если правильно прорешает все задания в режимах «легко» и «средне».
Возможно, учащийся, увидев задание в первый раз, затрудняется в его решении. При этом он может воспользоваться технической помощью. Если же учащийся затрудняется ответить на поставленную перед ним задачу, он может воспользоваться справочным материалом, нажав на клавишу «теория».
Глава III Возможности использования интерактивных компьютерных моделей микромира на уроках химии
3.1 Методика использования интерактивной компьютерной модели при изучении темы «Химическая связь и метод ВС»
Компьютер является средством повышения эффективности процесса обучения в школе. Он дает возможность учащимся самостоятельно извлекать знания, работая в интерактивном режиме, способствует развитию интеллекта, расширяет предъявление учебной информации и набор применяемых учебных задач, позволяет изменить качество контроля за деятельностью учащихся.
С другой стороны, использование компьютера без особенностей дидактических процессов, несоблюдение режима работы учащихся за персональным компьютером оказывает негативное влияние на учебно - воспитательный процесс.
Самостоятельную работу учащихся за компьютером следует тщательно планировать, ограничивая ее установленными временными рамками и не допуская напрасной потери времени.
В то же время недопустимой является и фронтальная работа с учащимися, сидящими за компьютерами, на протяжении всего урока. Это не способствует развитию индивидуальных способностей, т.к., происходит ориентация на «среднего» ученика. Одновременная работа учащихся под руководством учителя целесообразна только в течение короткого промежутка времени с целью адаптации к обучающей программе, снятия психологического барьера, проверки понимания изучаемого материала[27].
Одним из способов подготовки учащихся к осознанной и рациональной работе с программными средствами учебного назначения является использование учителем демонстрационного компьютера. Это позволит свести работу учащихся за компьютерами к разумному минимуму, эффективно провести объяснение нового материала, сформировать верные представления об изучаемом объекте.
При проведении урока с использованием компьютера работа учителя проходит следующие фазы:
· Планирование урока(определяется место урока в системе занятий, время проведения, тип урока и его примерная структура);
· Подготовка программных средств(подбор моделирующих программ, проверка);
· Проведение урока;
· Подведение итогов.
Элементы урока, на котором используются персональные компьютеры, могут иметь различную длительность, разнообразное сочетание и взаимодействие между собой, которые предопределены логикой процесса обучения и дают возможность большой вариативности творчески работающему учителю. Не следует ограничиваться только одной последовательностью структурных элементов на уроке. Постоянная схема урока сдерживает творчество учителя, снижает эффективность учебно - воспитательного процесса. Поэтому необходимо уходить от шаблонности и рецептурности в проведении уроков. Все должно зависеть от педагогически целесообразной логики построения процесса обучения, от тех целей, которые ставит учитель на каждом уроке [20].
Компьютер может выступать как средство управления учебной деятельностью и выполнять обучающую функцию. Например, учитель при объяснении нового материала может демонстрировать какие - то объекты (химические вещества, химические опыты, модели кристаллических решеток и др.), условие задачи и т.д. [17].
Рассмотрим методику использования разработанной нами интерактивной компьютерной модели при изучении темы»Химическая связь и метод ВС».
В ходе диалога с машиной учащийся контролирует свои теоретические знания, знакомится со строением того или иного вещества, с деталями структуры сложной молекулы, отвечает на вопросы, поставленные в программе.
Данную программу можно использовать на разных этапах урока при изучении темы «Химическая связь». При объяснении нового материала учитель, используя медиа - проектор, может повысить наглядность процесса обучения за счет демонстрации интерактивных компьютерных моделей: При объяснении принципа образования химической связи за счет сил притяжения и отталкивания учитель может показать три интерактивные модели образования химической связи между атомами водорода; показать интерактивные модели электронных облаков, различающихся по форме и размерам, их пространственное расположение, что в условиях доски и мела сделать гораздо сложнее; рассказывая про обменный механизм образования связи, можно привести модель процесса образования ковалентной связи между атомами фтора. В программе заложены и неинтерактивные модели, демонстрирующие образование сигма-, пи-, дельта - связей, использование которых может съэкономить много времени при объяснении материала.
Помимо теоретического материала в программе содержится интерактивное задание, с помощью которого учитель может провести закрепление знаний, полученных на уроке. В основе задания лежит построение моделей молекул предложенных веществ в интерактивном режиме. Учащемуся предъявляется набор виртуальных орбиталей, с помощью которых он будет строить интерактивные модели молекул. Время работы учащегося не ограничено. Если учащийся затрудняется решить поставленную задачу, то он всегда может обратиться к теоретическому материалу.
Если пользователь не знает, как работать с программой, он может воспользоваться технической помощью, где с помощью анимации приведен соответствующий пример.
Кроме того, данное интерактивное задание можно использовать при проверке знаний в режимах «легко» и «средне». Пример такого проверочного задания следующий: «Построить модели молекул фтора, хлороводорода, фторида бора». Время решения проверочных задач следует ограничить.
Работа с данной программой может проводиться и во внеурочное время: на факультативных занятиях, где учащимся могут быть предложены задания повышенного уровня сложности; программу можно использовать для самостоятельного обучения, т.к. всю необходимую информацию ученики могут найти самостоятельно.
Использование компакт - дисков с компьютерными обучающими программами позволяет не только расширить химический кругозор учащихся, но и решить целый ряд задач медиаобразования[17].
3.2 Особенности методики проведения уроков с использованием программ «Химия(8-11 класс). Виртуальная лаборатория» и « Химия для всех XXI: 9 класс»
Использование данных программ в школе может осуществляться на различных этапах:
1. Подготовка к уроку: Учитель в соответствии с программой обучения может осуществить быстрый поиск информационного объекта; использовать информационный объект как иллюстративный материал; скомпоновать нужные информационные объекты в требуемой для урока последовательности.
2. Проведение урока: Данные программы позволяют обеспечить информационное сопровождение урока, что позволяет использовать объекты наглядности в сочетании с комментарием. Появляется возможность демонстрировать наборы таких объектов в нужной для проведения урока последовательности, организовывать исследовательские виды работ, повышая познавательный интерес учащихся.
3. Внеурочная работа: Возможность использования данных программ на факультативных занятиях, организуя поисковую и исследовательскую деятельность учащихся, предлагая решить проблемную ситуацию, что повышает интерес к изучаемому предмету.
Данные программы возможно использовать на разных этапах проведения урока. Для эффективного проведения уроков в классе нужно использовать мультимедийный компьютер и цифровой проектор.
На уроках изучения нового материала возможно использование модели данных компьютерных программ при:
· Создании проблемной ситуации и ее решении
· Проверки выдвинутой гипотезы[1]
· Объяснительно - иллюстративном подходе
· Исследовательско-поисковом подходе
Также возможно использование программ на комбинированных уроках и уроках обобщения и систематизации.
1. Создание проблемной ситуации
Фрагмент урока.
Учитель дает задание построить с помощью программы «Химия(8-11класс). Виртуальная лаборатория» бутен2. После того как учащиеся закончили работу по построению, у них получились две модели бутена2(цис- и транс-изомеры). Учитель спрашивает, какая из этих молекул правильно построена, на основании этого создается проблемная ситуация, которая разрешается классом и учителем совместно.
2. Проверка выдвинутой гипотезы
Фрагмент урока.
Учитель или ученики выдвигают различные гипотезы на предмет большой разницы в температурах плавления белого и красного фосфора. Учитель выдвигает гипотезу - «Как вы думаете, белый фосфор имеет меньшую или большую температуру плавления, нежели красный?» Ученики выдвигают свои варианты, сравнивая вещества. Демонстрация моделей программы «Химия для всех XXI: 9 класс» строения красного и белого фосфора выступает в роли подтверждения или опровержения гипотезы. Демонстрируется структура белого фосфора(молекулярное строение) и демонстрируется кристаллическая решетка красного фосфора(полимерное строение).
3.Объяснительно - иллюстративный подход
Фрагмент урока.
Учитель объясняет новый материал и, одновременно, демонстрирует с помощью проектора зрительные образы для повышения наглядности процесса.
Например, при построении модели молекулы 4метилпентена1 с помощью конструктора программы «Виртуальная лаборатория 8-11», учитель объясняет, как правильно пользоваться конструктором молекул, демонстрируя при этом построение молекулы с помощью проектора.
Включаем конструктор молекул нажимаем на клавишу «С», а теперь на черный экран в середине конструктора. На экране появляется шар(атом углерода), нажав на который, появляется второй шар(атом углерода), соединенный с первым одинарной связью….»
4.Исследовательско - поисковый подход
Фрагмент урока.
Учитель мотивирует учащихся к самостоятельной исследовательской деятельности.
Например, для решения проблемной ситуации, возникшей при построении бутена2, учащимся предлагается самостоятельно найти ответ на этот вопрос, используя программу «Химия для всех XXI: 9 класс», в которой нужно запустить режим «модели» и рассмотреть строение цис- и транс-бутена.
Формы использования учебных компьютерных моделей можно представить в виде схемы:
84
3.3 Варианты уроков с применением компьютерных моделей программ «Химия(8-11класс). Виртуальная лаборатория» и «Химия для всех XXI: 9 класс»
3.3.1 Урок: Алканы. Строение, изомерия
Цели урока:
Образовательная - изучить особенности строения алканов, используя компьютерную поддержку, а также рассмотреть особенности изомерии алканов.
Развивающая - продолжить развитие мыслительных процессов и логических операций.
Воспитательная - воспитание усидчивости, научной любознательности, внимательности.
Тип урока: урок изучения нового материала
Оборудование: Мультимедийный компьютер, с использованием видео - проектора.
Ход урока
1.Вводная часть (Ориентировочно - мотивационный этап).
На сегодняшнем уроке мы приступаем к изучению углеводородов и, в частности, алканов. Мы рассмотрим особенности строения этих углеводородов, используя компьютерный конструктор молекул, основные правила номенклатуры и изомерию.
2.Изучение нового материала(Операционно - исполнительный этап).
Откройте тетради и запишите тему урока: Алканы. Строение, изомерия и номенклатура.
Так что же такое алканы?
Алканы - углеводороды, в молекулах которых атомы связяны одинарными связями и которые соответствуют общей формуле CnH2n+2.
В молекулах алканов все атомы углерода находятся в состоянии sp3 - гибридизации. Это означает, что все четыре гибридные орбитали атома углерода одинаковы по форме и направлены равносторонней треугольной пирамиды - тетраэдра. Углы между орбиталями равны 109,28?. Рассмотрим это на примере молекулы метана. Для этого построим модель молекулы с помощью виртуального конструктора молекул. (демонстрация построения с помощью видео - проектора).
Учитель демонстрирует построение молекулы, чтобы научить пользоваться конструктором.
Построение модели молекулы метана с помощью конструктора программы «Виртуальная лаборатория 9-11».
Включаем конструктор молекул, нажимаем на клавишу «С», а теперь на черный экран в середине. На экране появляется шар (атом углерода), а т.к., атом углерода в молекуле метана связан с четырьмя атомами водорода, нажимаем на клавишу «Н», а теперь на атом углерода четыре раза, получаем молекулу метана.
Продолжаем нажимать на углерод.
Вопрос: Почему при дальнейшем нажатии на атом углерода связей с водородом больше не образуется? (углерод не может быть пятивалентным).
Теперь рассмотрим получившуюся модель с помощью функции «Визуализация». Нажимаем на клавишу «визуализация атомных орбиталей».
Вопрос: Итак, какую форму имеет молекула метана? (тетраэдр).
Вы видите из модели, что все орбитали одинаковы, а значит имеют одинаковую? (энергию).
Теперь построим молекулу этана.
Построение модели молекулы этана с помощью конструктора программы «Виртуальная лаборатория 9-11».
Также строит и показывает учитель.
Молекулу можно построить двумя способами:
Нажимаем на клавишу «С» и теперь на черный экран в середине конструктора. На экране появляется шар (атом углерода), нажимаем на этот шар один раз, появляется второй атом углерода, соединенный с первым одной связью. Теперь расставляем атомы водорода: нажимаем на клавишу «Н» и на каждый из атомов углерода по три раза.
Однако мы знаем, что каждый атом углерода связан с тремя атомами водорода, поэтому, нажав на «Н» и три раза на атом углерода в центре экрана, получаем метильный радикал, к которому присоединяем такой же, нажав на клавишу «С» и на углерод в центре, видим, что к метилу присоединился еще один атом углерода, а затем нажимаем на «Н» и три раза на второй атом углерода, присоединили три атома водорода.
Молекула построена.
Обратите внимание, что этан в отличие от метана содержит два атома углерода, соединенные друг с другом одинарной связью. Воспользуемся функцией визуализации, для этого нажимаем клавишу «визуализация атомных орбиталей». Вы видите, что перекрывание происходит по оси, соединяющей ядра атомов углерода, т.е., это сигма - связи.
Вопрос: Внимательно посмотрите на молекулу и скажите связи С-Н короче или длиннее связи С-С? (короче).
Теперь самостоятельно постройте молекулу бутана и сравните полученные молекулы.(класс работает с компьютерами).
Построение модели молекулы бутана с помощью конструктора программы «Виртуальная лаборатория 9-11» учащимися.
При построении учащиеся отмечают, что получаются молекулы разной формы (у кого-то дугообразной формы, у кого-то зигзагообразной). Возникает спор в достоверности построенного ими. Проблемная ситуация.
Вопрос: Как вы думаете, правильно ли у вас построена молекула. Ответ обоснуйте?
Исследовательско - поисковый подход: Учитель: для ответа на этот вопрос нажмите на клавишу «Визуализация атомных орбиталей» и прочитайте первый абзац учебника на стр.68. (Вокруг одинарной С-С связи возможно практически свободное вращение, и молекулы алканов могут приобретать самую разнообразную форму). Приходим к решению, что молекулы построены правильно.
Теперь рассмотрим особенности изомерии алканов.
Для алканов характерна структурная изомерия. Структурные изомеры отличаются друг от друга строением углеродного скелета.
Рассмотрим пентан. Для него характерно два изомера: 2метил бутан.
Вопрос: какой второй изомер?(2,2диметил пропан).
Рассмотрим правила номенклатуры алканов: Пример:224триметил пентан записываем на доске.
1. Сначала определяем главную цепь - самая длинная цепочка атомов углерода в молекуле.(подряд первые пять атомов).
2. Нумеруем главную цепь, нумерацию начинаем с того конца, к которому ближе заместитель. Старшинство углеводородных заместителей определяется по тому, в каком порядке следует в алфавите буква, с которой начинается их название: метил старше, чем пропил и соответственно чем этил.
3. Формирование названия. В начале названия указываем цифры - номера атомов углерода, при которых находятся заместители(224). После номера через дефис указываем количество заместителей(в данном случае -три) и название заместителей(метил). Главная цепь называется как углеводород - член гомологического ряда метана(пентан).
3.Закрепление (рефлексивно - оценочный этап)
Назовите вещество (23диметилбутан - записано на доске) и приведите пример его изомера.
4.Домашнее задание: Пар № 11, упр.2
3.3.2 Урок: Алкены. Строение, изомерия и номенклатура
Алкены. Строение, изомерия и номенклатура.
Цели урока:
1. Образовательная - Рассмотреть основные виды изомерии и номенклатуру алкенов, выявить особенности строения этих углеводородов, используя в работе программы «Химия(8-11 класс). Виртуальная лаборатория», Химия XXI век: 9 класс».
2. Развивающая - продолжить развитие мыслительных процессов и логических операций.
3. Воспитательная - воспитание внимательности, усидчивости, научной любознательности.
Тип урока: урок изучения нового материала
Оборудование: Мультимедийный компьютер, с использованием видео - проектора.
Ход урока
1.Вводная часть(Ориентировочно - мотивационный этап).
Приветствие учеников, проверка домашнего задания по теме химические свойства алканов:
1. Рассказать о способах получения алканов(у доски)
2. Решить упражнение 5(б) на доске.
На сегодняшнем уроке мы познакомимся с новым для нас классом веществ - непредельными углеводородами, в частности, с алкенами. Рассмотрим особенности строения алкенов, особенности изомерии и номенклатуры этих углеводородов, используя компьютерный конструктор молекул.
2.Изучение нового материала(Операционно - исполнительный этап).
Откройте тетради и запишите тему урока: Алкены. Строение, изомерия и номенклатура.
Что же такое непредельные углеводороды?
К непредельным углеводородам относят углеводороды, содержащие в молекулах кратные связи между атомами углерода. Непредельными являются алкены, алкины, алкадиены, некоторые циклические соединения. Сегодня мы подробно рассмотрим алкены.
Что же такое алкены?
Алкены - ациклические углеводороды, содержащие в молекуле, помимо одинарных связей, одну двойную связь между атомами углерода и соответствующие общей формуле СnH2n.
Атомы углерода, между которыми имеется двойная связь, как вы знаете находятся в состоянии sp2-гибридизации. Значит в гибридизации участвуют одна s- и две р-орбитали, а одна р-орбиталь остается негибридизованной. Перекрывание гибридных орбиталей приводит к образованию сигма - связи, а за счет негибридизованных р-орбиталей соседних атомов углерода образуется вторая, пи - связь. Следует, что двойная связь состоит из одной сигма- и одной пи - связи. Это мы можем увидеть на примере молекулы 4метилпентена1.
Построение модели молекулы 4метилпентена1 с помощью конструктора программы «Виртуальная лаборатория 9-11».
Включаем конструктор молекул нажимаем на клавишу «С», а теперь на черный экран в середине конструктора. На экране появляется шар(атом углерода), нажав на который, появляется второй шар(атом углерода), соединенный с первым одинарной связью.
Учитель напоминает учащимся, как пользоваться конструктором молекул.
Молекула 4метилпентена1 в основной цепи содержит пять атомов углерода, для этого на каждый последующий атом углерода мы нажимаем по одному разу, пока не получим пять атомов, соединенных одинарными связями. Первый и второй атом соединяются двойной связью, для ее введения следует нажать на клавишу «=» в верхнем правом углу, а потом нажать на одинарную связь между первым и вторым атомами. Теперь вводим метильный радикал, нажимаем на клавишу «С» и на четвертый атом углерода в цепи. Модель молекулы построена.
Теперь рассмотрим модель в пространстве, используя мышь. С помощью вращения мышью можно показать расположение модели в разных плоскостях. Для более полного определения строения молекулы рассмотрим визуализации модели, т.е., штриховую модель молекулы, шаростержневую модель молекулы, визуализации атомных орбиталей, визуализации электронных эффектов (клавиши визуализации), с их помощью мы определяем порядок связи и плоскости расположения связей (особенно хорошо это показывает режим визуализации атомных орбиталей).
Итак, скажите как располагаются гибридные орбитали, образующие двойную связь, и орбитали, образующие пи - связь?(гибридные орбитали находятся в одной плоскости, а орбитали, образующие пи- связь, расположены перпендикулярно плоскости молекулы).
Построение модели молекулы бутена2 с помощью конструктора программы «Виртуальная лаборатория 9-11».
Учитель делит класс на минигруппы, которые занимают места за компьютерами. Каждая минигруппа (2-3) человека должна самостоятельно построить молекулу бутена2 и выявить особенности строения этой молекулы.
Построив молекулу, некоторые минигруппы получили разные результаты. Учащиеся должны отметить, что получаются молекулы с разным расположением радикалов вокруг двойной связи(у одних два метильных радикала расположены по одну сторону от двойной связи, у других по разные). Проблемная ситуация.
Учитель: Так у кого же молекула построена правильно и почему вы так думаете?
Учащиеся высказывают свои мнения.
Исследовательско - поисковый подход: Учитель: для решения данной проблемы запускайте программу «Химия XXI век: 9 класс» и нажмите на клавишу «Модели», «Основы органической химии», «Алкены».
Учащиеся отмечают, что даны модели цис- и транс- бутена2, какую смотреть?
Учитель: просмотрите обе модели и сделайте вывод о построенных вами моделях бутена2.
Учащиеся делают вывод, что построенные ими модели сходятся с интерактивными моделями цис- и транс- бутена2. Значит, модели построены правильно в обоих случаях.
Учитель: А как вы думаете цис- и транс- бутен2 отличаются по свойствам
Для правильного ответа на этот вопрос прочитайте второй и третий абзацы на стр. 84. ? (Вращение вокруг двойной связи невозможно, что приводит к появлению у алкенов цис - транс - изомерии. Цис - изомеры отличаются от транс изомеров пространственным расположением фрагментов молекулы относительно плоскости пи - связи, а следовательно, и свойствами.)
Учитель: Итак, мы с вами вплотную подошли к рассмотрению изомерии алкенов, изучив один из видов изомерии, характерных для алкенов, геометрическую изомерию.
Изомерия
Для алкенов, так же как и для алканов, характерна структурная изомерия.
Учитель: Вспомните, чем отличаются друг от друга структурные изомеры? (строением углеродного скелета).
Рассмотрим этот вид изомерии на примере пентена1. Структурным изомером является 3метилбутен1. Записываем вещества на доске.
А какой структурный изомер имеет бутен1? (метилпропен).
Особым видом структурной изомерии является изомерия положения кратной связи: как в 4 метилпентене1 и 4 метилпентене2. Записываем вещества на доске.
Приведите изомер пропену? (нет изомеров по положению двойной связи).
Номенклатура
Номенклатура алкенов схожа с номенклатурой алканов. Выделим общепринятые правила:
Подобные документы
Основные этапы развития химии. Алхимия как феномен средневековой культуры. Возникновение и развитие научной химии. Истоки химии. Лавуазье: революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения. Зарождение современной химии и ее проблемы в XXI веке.
реферат [24,8 K], добавлен 20.11.2006Основные функции химии. Свойства моющих и чистящих средств. Использование химии в здравоохранении и образовании. Обеспечение роста производства, продление сроков сохранности сельхозпродукции и повышение эффективности животноводства при помощи химии.
презентация [14,3 M], добавлен 20.12.2009От алхимии - к научной химии: путь действительной науки о превращениях вещества. Революция в химии и атомно-молекулярное учение как концептуальное основание современной химии.Экологические проблемы химической компоненты современной цивилизации.
реферат [56,6 K], добавлен 05.06.2008Зарождение химии в Древнем Египте. Учение Аристотеля об атомах как идейная основа эпохи алхимии. Развитие химии на Руси. Вклад Ломоносова, Бутлерова и Менделеева в развитие этой науки. Периодический закон химических элементов как стройная научная теория.
презентация [1,8 M], добавлен 04.10.2013Философские аспекты моделирования как метода познания окружающего мира. Гносеологическая специфика моделей. Классификация моделей и виды моделирования. Моделирование молекул, химических процессов и реакций. Основные этапы моделирования в химии.
реферат [70,7 K], добавлен 04.09.2010Роль химии в развитии естественнонаучных знаний. Проблема вовлечения новых химических элементов в производство материалов. Пределы структурной органической химии. Ферменты в биохимии и биоорганической химии. Кинетика химических реакций, катализ.
учебное пособие [58,3 K], добавлен 11.11.2009Происхождение термина "химия". Основные периоды развития химической науки. Типы наивысшего развития алхимии. Период зарождения научной химии. Открытие основных законов химии. Системный подход в химии. Современный период развития химической науки.
реферат [30,3 K], добавлен 11.03.2009Формулирование Ломоносовым закона сохранения материи. Абрис будущего курса новой науки "физической химии" в "собственноручных черновых тетрадях" ученого. Определение цели научной дисциплины в изучении химических превращений физическими методами.
доклад [14,2 K], добавлен 22.11.2011Теоретическая основа аналитической химии. Спектральные методы анализа. Взаимосвязь аналитической химии с науками и отраслями промышленности. Значение аналитической химии. Применение точных методов химического анализа. Комплексные соединения металлов.
реферат [14,9 K], добавлен 24.07.2008Значение и место темы "Молекулярные перегруппировки" в курсе органической химии. Цели, задачи и дидактические подходы при изучении данной темы. Использование электронно-дидактических средств в обучении химии, в частности молекулярных перегруппировок.
методичка [2,2 M], добавлен 22.07.2010
