Методическая разработка "Применение цифрового лабораторного оборудования на уроках химии в 9 классе"
методическая разработка по химии (9 класс)

Методическая разработка

"Применение цифрового лабораторного оборудования на уроках химии в 9 классе"

Автор:

Бурундукова Гузял Усмановна

учитель химии

высшей квалификационной категории

ГБОУ СО «Гимназия №1 (Базовая школа РАН)

Самара, 2022

Аннотация

Данная методическая разработка посвящена использованию цифровых лабораторий в преподавании химии в 9 классе. Рассматриваются возможности применения датчиков для организации демонстрационных экспериментов и лабораторных работ по темам "Периодическая система химических элементов" и "Электролитическая диссоциация". Приводятся примеры опытов, направленных на формирование у учащихся естественнонаучной грамотности, исследовательских компетенций, осознанного применения химических знаний на практике. Методическая разработка содержит инструкции по проведению экспериментов, рекомендации по организации проектной деятельности, интеграции реальных и виртуальных практик. Особое внимание уделяется реализации воспитательного потенциала учебно-исследовательской работы, использованию современных информационных технологий для повышения эффективности образовательного процесса.

Методические материалы предназначены для учителей химии, методистов, руководителей методических объединений. Могут быть полезны студентам педагогических специальностей, слушателям курсов повышения квалификации.

Содержание

Введение

1. Применение цифровых датчиков при изучении темы "Периодическая система химических элементов"

Демонстрационный эксперимент "Изменение кислотно-основных свойств гидроксидов"

Демонстрационный эксперимент "Электропроводность растворов солей"

2. Использование цифровых лабораторий при освоении темы "Электролитическая диссоциация"

Лабораторная работа "Влияние природы вещества на электролитическую диссоциацию"

Групповой проект "Электролитическая диссоциация в природных водах"

Лабораторная работа "Измерение pH растворов солей, кислот и оснований"

3. Рекомендации по организации исследовательской и проектной деятельности с применением цифровых лабораторий

Заключение

Список литературы

Введение

Современный этап развития школьного химического образования характеризуется активным внедрением цифровых технологий, обновлением приборно-технической базы кабинетов. Использование цифровых лабораторий существенно расширяет возможности учебного эксперимента, позволяет получать точные количественные данные, автоматизировать обработку результатов измерений. У учащихся формируются навыки работы с высокотехнологичным оборудованием, программным обеспечением, что является важным ресурсом для их будущей профессиональной самореализации.

В курсе химии 9 класса особую роль играет освоение фундаментальных теоретических концепций - периодического закона, теории строения вещества, теории электролитической диссоциации. Применение цифровых датчиков позволяет наглядно продемонстрировать связь состава, строения и свойств веществ, закономерности протекания химических реакций в растворах. Учащиеся получают опыт самостоятельного "открытия" химических законов на основе эксперимента, учатся применять теоретические знания для прогнозирования свойств соединений и направления процессов.

Настоящая методическая разработка содержит примеры использования оборудования цифровых лабораторий при изучении тем "Периодическая система химических элементов", "Электролитическая диссоциация". Предлагаются варианты демонстрационных и лабораторных опытов, тематика проектных работ. Применяются датчики электропроводности, рН, температуры. Рассматриваются методические приемы организации групповой исследовательской деятельности, сочетания реального и виртуального эксперимента.

1. Применение цифровых датчиков при изучении темы "Периодическая система химических элементов"

Периодический закон и периодическая система - ключевые понятия в школьном курсе химии. Их изучение в 9 классе предполагает систематизацию знаний о закономерностях изменения свойств химических элементов и их соединений. Демонстрационные эксперименты с использованием цифровых датчиков делают "открытие" периодического закона учащимися более наглядным и убедительным.

Демонстрационный эксперимент "Изменение кислотно-основных свойств гидроксидов"

Цель: изучить изменение кислотно-основных свойств гидроксидов элементов главных подгрупп в периодах и группах.

Оборудование и реактивы: датчик рН, штатив с пробирками, растворы гидроксидов LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2.

Ход работы:

1. Налить в пробирки по 1 мл растворов гидроксидов элементов 1 и 2 групп главных подгрупп.

2. Погрузить электрод датчика рН в каждый раствор, записать показания в таблицу.

3. Сравнить рН гидроксидов в пределах периода и группы. Составить ряды возрастания щелочных свойств.

4. Сделать вывод о закономерностях изменения кислотно-основных свойств гидроксидов в зависимости от положения элемента в периодической таблице.

Инструкция для учащихся:

- Соблюдайте осторожность при работе со щелочами, избегайте попадания растворов на кожу и слизистые оболочки.

- Не допускайте выхода прибора из строя: не погружайте электрод в растворы на глубину более 3 см, после измерения промывайте электрод дистиллированной водой.

- При высыхании электрода и появлении на дисплее надписи "Err" поместите датчик в раствор хлорида калия на 10-15 минут.

Демонстрационный эксперимент "Электропроводность растворов солей"

Цель: изучить изменение электрической проводимости водных растворов солей в периоде.

Оборудование и реактивы: датчик электропроводности, мерные стаканчики, растворы солей NaCl, NaBr, NaI.

Ход работы:

1. Налить в три стаканчика по 10 мл 0,1М растворов хлорида, бромида и иодида натрия.

2. Погрузить электрод в раствор NaCl, записать показания датчика.

3. Ополоснуть электрод дистиллированной водой, удалить избыток воды фильтровальной бумагой. Повторить измерения с растворами NaBr и NaI.

4. Сравнить электропроводность растворов солей. Расположить соли в порядке уменьшения электрической проводимости.

5. Объяснить наблюдаемую закономерность изменением подвижности анионов в периоде. Сопоставить с изменением радиуса и поляризуемости анионов.

Инструкция для учащихся:

- Работайте в перчатках, чтобы не вносить погрешности в измерения из-за наличия электролитов на коже.

- Тщательно промывайте датчик между измерениями для исключения эффекта "памяти" прибора.

- Проводите аналогичный эксперимент с растворами солей, содержащих однотипные катионы, чтобы исключить их влияние на электрическую проводимость.

2. Использование цифровых лабораторий при освоении темы "Электролитическая диссоциация"

Теория электролитической диссоциации - одна из сложных тем курса химии 9 класса, требующая хорошо развитых абстрактно-логических способностей. Для обеспечения предметной наглядности целесообразно сочетать демонстрационный и ученический эксперимент, дополнять "реальные" опыты виртуальными моделями и симуляциями.

Лабораторная работа "Влияние природы вещества на электролитическую диссоциацию"

Цель: изучить зависимость степени электролитической диссоциации от типа химической связи в веществе.

Оборудование и реактивы: датчик электропроводности, мерные стаканчики, шпатель, растворы HCl, NaOH, NaCl, сахароза (тв).

Ход работы:

1. Получить у учителя контейнер с веществами для исследования.

2. В три стаканчика налить дистиллированную воду объемом 20 мл. В первый добавить 20 капель 0,1М HCl, во второй - 20 капель 0,1М NaOH, в третий - на кончике шпателя NaCl. В четвертый стакан с 20 мл воды поместить такое же количество сахарозы.

3. Добившись полного растворения веществ, погрузить электрод датчика в каждый раствор и записать показания электропроводности.

4. Расположить вещества в порядке увеличения электрической проводимости их растворов. Объяснить наблюдаемые различия с точки зрения строения веществ и типов химической связи.

5. Составить уравнения диссоциации соляной кислоты, гидроксида натрия, хлорида натрия в ионном виде. Указать катионы и анионы, образующиеся при диссоциации.

Инструкция для учащихся:

- Соблюдайте осторожность при работе с кислотой и щелочью. В случае попадания растворов на кожу, промойте под струей воды.

- Не путайте стаканчики с разными веществами. При необходимости промаркируйте их надписями.

- Постарайтесь растворять одинаковые количества твердых веществ для обеспечения корректного сравнения электропроводности.

. Групповой проект "Электролитическая диссоциация в природных водах"

Примерный план работы:

1. Ознакомьтесь с теорией электролитической диссоциации, факторами, влияющими на степень ЭД.

2. Соберите пробы воды из разных природных источников: водопровод, колодец, река, пруд, родник и т.д. Не забудьте их промаркировать.

3. С помощью датчика электропроводности измерьте удельную электрическую проводимость каждой пробы, занесите результаты в таблицу.

4. На основе справочных данных по электропроводности некоторых электролитов предположите, какие ионы могут обусловливать проводимость ваших образцов.

5. С помощью датчика рН измерьте кислотность проб воды. Оцените содержание ионов водорода.

6. Используя датчик температуры, исследуйте зависимость электропроводности от температуры на примере раствора NaCl или другого сильного электролита. Меняйте температуру с шагом 10°С, фиксируя показания датчика электропроводности.

7. Изучите влияние концентрации на электропроводность, разбавляя раствор сильного электролита в 2, 5, 10 раз.

8. Если есть возможность, проведите химический анализ образцов воды в лаборатории на содержание ионов кальция, магния, железа, сульфат- и хлорид-ионов.

9. Систематизируйте полученные данные, представьте их в виде диаграмм и графиков. Сделайте выводы о качестве воды, пригодности для питья.

10. Подготовьте отчет о работе, презентацию для защиты проекта. При желании оформите буклет с рекомендациями по очистке воды для населения.

Лабораторная работа "Измерение pH растворов солей, кислот и оснований"

Цель: изучить зависимость реакции среды от природы растворенного электролита.

Оборудование и реактивы: датчик рН, штатив с пробирками, растворы HCl, H2SO4, NaOH, Ca(OH)2, NaCl, Na2CO3, AlCl3.

Ход работы:

1. Получите у учителя штатив с пробирками, в которых находятся растворы кислот, оснований, солей. Напишите в тетради названия веществ, соответствующие номерам пробирок.

2. Погрузите электрод датчика рН в первый раствор, запишите показания прибора. Повторите измерения со всеми растворами.

3. Для каждого вещества укажите, какую реакцию среды имеет его раствор: кислую, нейтральную или щелочную. Дайте теоретическое объяснение наблюдаемым значениям рН.

4. Составьте уравнения диссоциации электролитов в ионном виде. Для солей, образующих кислую или щелочную среду, запишите уравнения гидролиза по первой ступени.

5. Подумайте, как можно изменить рН растворов солей, подвергающихся гидролизу. Предложите способы смещения равновесия гидролиза.

Инструкция для учащихся:

- Будьте осторожны при работе с кислотами и щелочами, они могут вызвать ожоги. При попадании на кожу промойте большим количеством воды.

- Не допускайте соприкосновения датчика с концентрированными растворами, это выведет его из строя. Если показания прибора не меняются и на дисплее горит надпись "Err", обратитесь к учителю.

- Поместите датчик в промывалку с дистиллированной водой между измерениями, чтобы избежать переноса веществ из одного раствора в другой.

3. Рекомендации по организации исследовательской и проектной деятельности с применением цифровых лабораторий

- Темы проектов должны быть актуальными, связанными с жизненным опытом учеников, применением химии на практике. Например, "Оценка качества минеральной воды", "Определение кислотности почв" и т.д.

- Сочетайте индивидуальные и групповые формы работы. Распределяйте обязанности с учетом способностей и интересов участников.

- Консультируйте школьников по методике проведения экспериментов, помогайте освоить работу с оборудованием. Но оставляйте простор для самостоятельности.

- Поощряйте междисциплинарный подход, привлечение знаний из физики, биологии, географии, экологии. Примеры тем: "Физико-химические показатели воды и здоровье человека", "Электрохимические способы очистки сточных вод".

- При наличии технической возможности используйте сетевые технологии обработки и визуализации данных - облачные хранилища, Google-таблицы, инструменты для построения графиков и диаграмм.

- Помогайте оформить результаты проекта, включая обязательное обсуждение погрешностей измерений, надежности полученных закономерностей.

- Организуйте процедуру защиты проектов, привлеките в качестве экспертов педагогов естественнонаучного цикла, студентов химических специальностей, сотрудников СЭС.

- Инициируйте подготовку публикаций по итогам проектов - статей в школьный научный журнал, стендовых докладов на конференции, тезисов на конкурс исследовательских работ.

Заключение

Цифровые лаборатории - мощный инструмент повышения практико-ориентированности школьного химического образования. Использование датчиков позволяет получать точные количественные характеристики изучаемых явлений, автоматизировать рутинные операции и сосредоточиться на обсуждении сущности процессов. Визуализация данных в виде графиков и диаграмм развивает аналитическое мышление, умение интерпретировать результаты.

Сочетание демонстрационных и лабораторных опытов, реальных и виртуальных экспериментов формирует у школьников целостные представления о химических закономерностях. Проектная деятельность с использованием мобильных и сетевых технологий открывает возможности для углубленного изучения прикладных аспектов химии. Воспитательное значение учебно-исследовательской работы с цифровыми лабораториями заключается в развитии научного мировоззрения, экологической культуры, ответственного отношения к своему здоровью и безопасности окружающих. Школьники получают опыт работы на современном оборудовании, учатся критически оценивать информацию, применять знания для решения практических задач.

Конечно, внедрение инновационных технологий в образовательный процесс требует от учителя владения новыми компетенциями, готовности к непрерывному профессиональному развитию. Необходима перестройка методики преподавания химии, чтобы использовать потенциал цифровых ресурсов для дифференциации и индивидуализации обучения, повышения познавательной активности учащихся. Но именно в этом состоит залог формирования у школьников качеств, необходимых человеку в современном динамичном мире - самостоятельности, инициативности, информационной грамотности, способности к исследовательской деятельности.

Автор надеется, что представленные в данной разработке методические идеи и практические рекомендации будут полезны учителям химии, методистам, руководителям образовательных организаций. Опыт работы с цифровыми лабораториями может быть адаптирован к конкретным условиям школы, встроен в рабочую программу по предмету. Главное - не бояться пробовать новое, быть открытыми для изменений, сохраняя при этом лучшие традиции отечественной методики преподавания химии.

Список литературы:

1. Аршанский Е.Я. Настольная книга учителя химии: учебно-методическое пособие. - М.: Эксмо, 2010. - 444 с.

2. Беспалов П.И. Школьный химический эксперимент с цифровыми лабораториями // Химия в школе. - 2010. - № 2. - С. 12-15.

3. Дементьева И.В. Формирование исследовательских умений учащихся при использовании цифровых лабораторий в процессе обучения химии // Актуальные проблемы химического и экологического образования. - СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2016. - С. 287-292.

4. Злотников Э.Г. Химический эксперимент как специфический вид учебной деятельности школьников // Актуальные проблемы химического образования в средней и высшей школе. - Витебск: ВГУ им. П.М. Машерова, 2013. - С. 220-223.

5. Морозова Н.В. Современные педагогические технологии в обучении химии: учебное пособие. - Краснодар: Кубанский гос. ун-т, 2014. - 101 с.

6. Нечитайлова Е.В. Информационные технологии в обучении химии: методическое пособие. - М.: Изд-во Первое сентября, 2009. - 112 с.

7. Оржековский П.А., Давыдов В.Н. Творчество учащихся на практических занятиях по химии: книга для учителя. - М.: АРКТИ, 1999. - 152 с.

8. Пак М.С. Теория и методика обучения химии: учебник для вузов. - СПб: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2015. - 306 с.

9. Титова И.М. Обучение химии. Психолого-методический подход. - СПб.: КАРО, 2002. - 204 с.

10. Чернобельская Г.М. Методика обучения химии в средней школе: учебное пособие для студентов педвузов. - М.: ВЛАДОС, 2000. - 336 с.

11. Шаталов М.А. Обучение химии. Решение интегративных учебных проблем: методическое пособие. - М.: Вентана-Граф, 2006. - 256 с.

12. Ярошенко О.Г. Проблемы формирования исследовательских умений школьников в процессе обучения химии // Химия: методика преподавания в школе. - 2011. - № 4. - С. 3-7.

Приложение

Методическая разработка урока "Обобщение знаний по теме "Электролитическая диссоциация" с использованием цифровой лаборатории" (9 класс)

Таким образом, комплексное применение современных педагогических технологий, основанных на системно-деятельностном подходе, исследовании и моделировании реальных процессов, способствует достижению учащимися не только предметных, но и метапредметных и личностных результатов. Цифровые лаборатории, интегрируясь в образовательную среду, выводят школьный химический эксперимент на качественно новый уровень, мотивируют школьников к углубленному изучению предмета, профессиональному самоопределению в области естественных наук и наукоемких технологий.