Методическая разработка "Металлы в организме человека"
методическая разработка

Химия, являясь экспериментальной наукой, осуществляет обучение учащихся через различные формы работы с натуральными веществами и материалами:

- демонстрационные опыты, проводимые учителем в процессе изучения нового материала;

- лабораторные (фронтальные) работы, выполняемые учащимися в порядке освоения новых знаний и навыков;

- практические работы, выполняемые учащимися фронтально для проверки усвоения пройденного материала;

- лабораторные опыты, которые ученик может выполнять как контрольные при вызове к доске;

- опыты и работы, которые учащиеся могут проводить во внеучебной деятельности, например, при выполнении проектов, связанных с применением знаний, умений и навыков работы с веществами и т.д.

Умение проводить, наблюдать и объяснять химический эксперимент, обращаться с веществами и оборудованием является одним из самых важных компонентов химической грамотности.

Информационные технологии при обучении химии становятся незаменимыми помощниками, если речь идет об изучение токсичных или взрывоопасных веществ (например, галогенов, щелочных металлов).

В этом случае возможность проведения эксперимента виртуально является единственной.

Одним из наиболее удачных прикладных программных средств (ППС) для проведения лабораторных и практических работ выступает «Виртуальная химическая лаборатория» для 10-11 классов.

Выполнение лабораторных экспериментов с использованием компьютерных технологий, как показал опыт, вносит определенные особенности в учебный процесс: возможность постановки опытов не только в процессе изложения нового, но и при закреплении материала, обобщении знаний, решении экспериментальных задач.

Виртуальный эксперимент - компьютерная симуляция лабораторных работ, предполагает, что не только объект исследования, но и вся экспериментальная установка находится в мнимом виртуальном пространстве компьютера.

Следует отметить, что введение данного типа химического эксперимента в школьный курс химии имеет как достоинства, так и недостатки.

Среди достоинств виртуальной лаборатории, можно отметить:

1) Подготовка учащихся к химическому практикуму в реальных условиях:

- отработка основных навыков работы с оборудованием;

- обучение выполнению требований техники безопасности в безопасных условиях виртуальной лаборатории;

- развитие наблюдательности, умения выделять главное, определять цели и задачи работы, планировать ход эксперимента, делать выводы;

- развитие навыков поиска оптимального решения, умения переносить реальную задачу в модельные условия, и наоборот;

- развитие навыков оформления исследования.

2) Проведение экспериментов, недоступных в школьной химической лаборатории из-за вредности веществ и продуктов реакции или недостаточного оснащения реактивами и оборудованием.

3) Наглядность химических процессов и объектов, показывающих механизмы химических реакций и динамику технологических процессов химических производств.

4) Экономия учебного времени. Уменьшается время на организацию и проведение фронтального и демонстрационного эксперимента.

«Виртуальная химическая лаборатория» может использоваться на всех этапах урока в качестве средства повышения мотивации изучения предмета.

Способы использования ППС «Виртуальная химическая лаборатория» зависят от технического оснащения учебного заведения:

- в компьютерных классах во время практических занятий;

- в режиме интерактивной доски в качестве дополнительного иллюстративного материала, для демонстрации интерактивного решения расчетных и экспериментальных задач при фронтальной работе с классом и выполнении интерактивных тестовых заданий и лабораторных опытов при индивидуальной работе;

- для самостоятельной работы учащихся (дома, в библиотеке);

- работа с коллекцией учебных объектов, виртуальными Л/Р, задачами, дополнительным учебным материалом для углубленной подготовки по предмету.

ППС «Виртуальная химическая лаборатория» содержит четыре темы: “Свойства неорганических веществ”, “Свойства органических веществ”, "Химические реакции”, “Атомы и молекулы”.

В каждой из тем выполняются лабораторные работы, тесты по технике безопасности.

В состав лаборатории включены следующие разделы: виртуальная лаборатория; конструктор молекул; тренажер для решения химических задач; тесты; таблицы; хрестоматия; коллекция, включающую свыше 600 иллюстраций (анимации, видео, графика и т.д.).

Виртуальная лаборатория позволяет имитировать процедуры выполнения опытов в реальной химической лаборатории. Содержит химические опыты, предусмотренные программой школьного химического образования.

Учащимся предоставляется возможность собирать различные приборы, химические установки из составляющих элементов, проводить виртуальные эксперименты и измерения, используя модели измерительных инструментов. На всех этапах выполнения лабораторной работы программой даются соответствующие комментарии и рекомендации. Большое внимание здесь уделяется соблюдению правил техники безопасности.

При проведении ряда практических работ ученики могут использовать видеофрагменты, позволяющие увидеть проводимый эксперимент в реальной лаборатории.

Предусмотрено выполнение опытов с различными параметрами.

Учащиеся обрабатывают и обобщают результаты проведенных опытов в "Лабораторном журнале". При заполнении "Лабораторного журнала" используется специальная программа "Редактор химических формул". Результаты выполнения лабораторной работы учащихся хранятся в индивидуальном файле, который доступен учителю для просмотра и оценки.

Практика внедрения в учебный процесс виртуальных лабораторных работ показала необходимость создания рабочих листов учащегося, обеспечивающими заданную траекторию учебной деятельности ученика на уроке.

Для контроля знаний, учащихся к каждой лабораторной работе прилагаются тесты двух типов:

- Тест для проверки знаний учащихся по технике безопасности при работе с химическим оборудованием и реактивами. Он выполняется перед выполнением лабораторной работы.

- Итоговый тест для проверки знаний, полученных учащимся в результате выполнения лабораторной работы.

С помощью Конструктора молекул учащиеся могут самостоятельно моделировать молекулы органических и неорганических веществ из предоставленного набора атомов химических элементов, что дает возможность глубже понять пространственное строение молекул и на основе этого прогнозировать свойства веществ. На основе «Конструктора молекул» выполняется ряд лабораторных работ.

Возможно использование «Конструктора молекул» при фронтальном объяснении нового материала, когда учителю необходимо показать модели молекул изучаемых соединений, обратить внимание учащихся на строение электронных орбиталей, их гибридизацию, особенности их перекрывания при образовании химической связи.

Вместе с тем, высокая педагогическая эффективность использования «Конструктора молекул» достигается при индивидуальной и групповой работе школьников на уроке.

Особый интерес вызывают творческие задания, носящие исследовательский характер. Продолжительное устойчивое внимание к изучаемым объектам наблюдалось при выполнении заданий, предполагающих самостоятельную разработку моделей молекул соединений, обладающих заданными свойствами, или, наоборот, прогнозирование свойств соединения, модель молекулы которого создана самим учеником.

Раздел «Задачи» включает дифференцированные задачи с интерактивным средством проверки правильности хода их решения. Любая задача снабжена системой

подсказок к каждому этапу ее решения, а также шпаргалкой, из которой сразу можно узнать результат. Раздел представляет особую ценность при самостоятельной подготовке учащихся к занятиям и экзаменам.

В разделе Информационно-справочные материалы содержится дополнительная иллюстративная информация (фото, видео, анимация, графика, формулы, учебные тексты, таблицы и другие справочные материалы по химии, биографии ученых-химиков) необходимая для проведения лабораторных работ, решения задач и усвоения учебного материала в пределах, предусмотренных стандартом химического образования.

Доступ к информации возможен из всех разделов электронного издания и осуществляется по системе меню и гиперссылок.

При работе с диском в локальной сети «Интерфейс преподавателя» позволяет учителю осуществлять контроль над работой группы учеников (результаты выполнения лабораторных работ и тестов), выставлять оценки в лабораторном журнале ученика, управлять доступом учеников к некоторым учебным заданиям (опыты и тесты).

Анализируя, «Виртуальная химическая лаборатория», можно перечислить методики использования его в учебном процессе:

I. Изучение нового материала.

1. Фронтальная работа с классом. (Учитель объясняет материал, используя мультимедиа проектор или мониторы ПК для демонстрации учебных материалов по теме: схем, анимаций, видеофрагментов и т.д.)

2. Самостоятельная работа учащихся.

Ученик получает от учителя: план изучения нового материала, промежуточные контрольные вопросы, «шаблон изучения темы» для заполнения и самостоятельно работает и заполняет «шаблон изучения темы» (конспект темы и ответы на контрольные вопросы и т.д.)

II. Отработка учебных навыков по теме

1. Фронтальный опрос. Учитель проводит опрос, используя мультимедиа проектор или мониторы ПК для демонстрации учебных материалов без звукового сопровождения. Ученик их озвучивает. (Материалы «Коллекции» содержат скрытый текст, который вызывается только по нажатию соответствующей кнопки.)

2. Самостоятельная работа учащихся с компьютерными тестами и задачами.

Методика обучения решению задач: ученик самостоятельно или в паре с другим учеником решает задачу на ПК; затем повторяет решение, отключив подсказки; решает вторую аналогичную задачу в тетради и проверяет свое решение, вызвав «шпаргалку»; решает аналогичную задачу, составленную учителем, на оценку, или составляет аналогичную задачу и решает ее на оценку. Задачи повышенной сложности предназначены для домашнего решения.

3. Семинарские занятия.

Наиболее оптимальным является проведение в данном случае спаренных уроков. Например:

а) Ученики получают вопросы по теме, сформированные в виде 3-х блоков (по 4-5 вопросов в каждом) с разным уровнем сложности.

б) Ученики выбирают уровень сложности и 30 минут готовятся по этим вопросам, пользуясь обычным учебником. На этом этапе возможно объединение учащихся в пары или группы для совместного поиска ответов на вопросы.

в) В оставшиеся 10-12 минут учитель выборочно дает каждому ученику 1-2 вопроса для ответа на выбранную оценку.

г) Ученик отвечает на контрольные вопросы уже без использования учебников.

4. Самостоятельная работа учащихся с ППС по устранению пробелов в знаниях. (например, после пропуска уроков по болезни). В данном случае от учителя требуется составление плана работы ученика с ППС и обычным учебником.

5. Самостоятельная домашняя работа учащихся с ППС по подготовке к предстоящей контрольной работе.

III. Контроль знаний

- Фронтальный опрос с использованием мониторов ПК или мультимедиа проектора (ППС используется как демонстратор схем, анимации или видеофрагментов для ответа учащихся).

- Контроль с использованием компьютерных тестов, решебников.

- Обычный контроль знаний (самостоятельные и контрольные работы, диктанты и т.д.)

Реальный эксперимент провожу я или учащиеся в классе, а дистанционно обучающиеся наблюдают за результатами с помощью видеоконференции. При этом использование документ - камеры усиливает наглядный эффект.

В ходе мысленного эксперимента благодаря воображению учащиеся строят мысленный образ осуществления отдельных стадий химического опыта. Проведение такого вида эксперимента возможно в старших классах, когда учащиеся имеют большой опыт проведения реального эксперимента.

Для проведения виртуального эксперимента необходимо использование компьютерной техники. Этот вид эксперимента наиболее предпочтителен при дистанционном обучении, так как является более наглядным.

Я использую два вида виртуального эксперимента: виртуальные демонстрации и виртуальные лаборатории.

Виртуальные демонстрации – это компьютерные программы, которые воспроизводят на экране динамическое изображение, создающее визуальные эффекты, имитирующие признаки и условия протекания химических процессов (например ЦОРы). Такая программа не допускает вмешательство учащихся в алгоритм, реализующий её работу.

Виртуальная лаборатория – это программа, позволяющая моделировать на компьютере химические процессы, изменять условия и параметры её проведения. Такая программа создает особые возможности для реализации интерактивного обучения. Виртуальные лаборатории можно классифицировать по степени интерактивности, которая характеризует глубину обучающего взаимодействия учащихся с компьютерной программой.

Электронное издание “Химия 8-11 классы - виртуальная лаборатория” содержит более 150 готовых сцен, которые проводятся в виртуальной лаборатории, включающей необходимое химическое оборудование и реактивы учащимся. На сцене представлен виртуальный прибор, или установка, которую необходимо собрать для проведения данного опыта, имеются необходимые реактивы и набор посуды. Для визуализации химического оборудования и химических процессов использованы средства 3D-графики и анимации, а также видеофрагменты.

Например, при изучении темы “Скорость химической реакции” используем виртуальные измерительные приборы и возможности изменения параметров опытов, предусмотренные в данном электронном ресурсе. Такие лаборатории, безусловно, полезны для учащихся, однако степень интерактивности их довольно низкая.

Другая виртуальная лаборатория представлена на Virtulab.net. Здесь представлен большой выбор интерактивных практических работ и опытов по химии. Разделы виртулаба анимированные, интерактивны. Это 25 тем, работать с которыми можно прямо на сайте, что очень важно при дистанционном обучении. Учащиеся самостоятельно могут отрабатывать тему того или иного раздела в удобное для них время, не ограничивая себя рамками урока. Недостатком является то, что Virtulab.Net встроили в образовательные виртуальные лаборатории рекламу. В процессе работы это несколько мешает. Данная виртуальная лаборатория, так же имеет низкую степень интерактивности.

Более высокую степень интерактивности имеют виртуальные лаборатории, в которых нет готовых сцен. В этом случае созданием сцены и проведением опыта занимается сам учащийся, т.е. ему необходимо самостоятельно собрать прибор, подобрать оборудование и реактивы, выбрать условия для проведения опыта и т.д. Лабораторией такого типа, которую я, как для дистанционного обучения так и для того, чтобы разнообразить домашние задания на этапе закрепления знаний своих учащихся, является IrYdium Chemestry Lab. Тем учащимся, которые выбирают форму работы с дистлабом такого уровня, я предлагаю различные варианты заданий.

Задание. Смешали равные объёмы растворов гидроксида натрия и соляной кислоты одинаковой молярной концентрации. Какую окраску принимает фенолфталеин в полученном растворе? Почему?

Подобные задачи я предлагаю тем учащимся, которые в процессе обучения демонстрируют способность к обобщениям, проявляют самостоятельность к разработке алгоритма решения. На следующем уроке подробно анализируем возникшие затруднения и выясняем, что для достижения поставленной цели можно смело экспериментировать в виртуальной лаборатории (выбирать различные концентрации растворов, изменять их объёмы), проверяя свои гипотезы. Для закрепления предлагаю другую задачу. В условии меняю кислоту на слабую. Учащиеся просто начинают решение с виртуального эксперимента. Но при объяснении результатов эксперимента возникают затруднения. Например, почему среда полученного раствора щелочная. Тогда я прошу учащихся обратить внимание на название шкафчиков, из которых брали реактивы и дети быстро приходят к выводам.

При изучении темы “Металлы” в качестве домашнего задания можно предлагаю девятиклассникам выполнить виртуальную лабораторную работу по идентификации трех металлов (серебро, родий, платина) на основании анализа их плотности. Подобную работу, в реальных условиях, учащиеся выполняли при изучении физики в 7-м классе. Однако за 2 года многие школьники забыли общие походы к решению данной экспериментальной задачи. Из-за нехватки времени повторить её на уроках химии невозможно. Прошу учащихся все этапы своей работы проиллюстрировать скриншотами.

По моему мнению, использование такой виртуальной лаборатории при обучении химии как дистанционно, так и на обычных уроках в классе, позволяет повысить эффективность домашнего задания, разнообразить их по форме и содержанию. Очень важно применять такую форму работы с одаренными детьми, стимулирует познавательный интерес учащихся.

Зачем нужны виртулабы.

• Подготовка учащихся к химическому практикуму в реальных условиях.
• Проведение экспериментов, недоступных в школьной химической лаборатории.
• Дистанционный практикум и лабораторные работы, в том числе работа с детьми, имеющими ограниченные возможности, и взаимодействие с территориально удаленными школьниками.
• Быстрота проведения работы, экономия реактивов.
• Усиление познавательного интереса. Отмечается, что компьютерные модели химической лаборатории побуждают учащихся экспериментировать и получать удовлетворение от собственных открытий.

Используемая литература

1. Белохвостов А.А, Аршанский Е.Я. Виртуальный эксперимент на уроках химии // Химия в школе – 2012 № 4. С. 49-55.
2. Дорофеев М.В., Ступнева Ю.В. Использование сервисов всемирной паутины в процессе обучения // Химия в школе – 2010 № 8. С. 31-38