Введення
Характер пізнавальної діяльності учнів визначається не тільки цілями і завданнями навчання, але й змістом навчального матеріалу, формами організації роботи з ними.
Розвиток пізнавальної діяльності передбачається і у вимогах предметними уміннями, таких, наприклад, як вміння користуватися хімічною мовою. Хімічна мова включає в себе декілька компонентів знань, один з яких символіка. Учні 5-7-х класів успішно опановують цим компонентом, використовуючи комп'ютерну програму "Хімічна енциклопедія", яка є студіюючої програмою і використовується на пропедевтичних заняттях.
Глава 1. Комп'ютерні технології на уроках хімії
Характер пізнавальної діяльності учнів визначається не тільки цілями і завданнями навчання, але й змістом навчального матеріалу, формами організації роботи з ними.
Розвиток пізнавальної діяльності передбачається і у вимогах предметними уміннями, таких, наприклад, як вміння користуватися хімічною мовою. Хімічна мова включає в себе декілька компонентів знань, один з яких символіка. Учні 5-7-х класів успішно опановують цим компонентом, використовуючи комп'ютерну програму "Хімічна енциклопедія", яка є студіюючої програмою і використовується на пропедевтичних заняттях.
Знання знаків хімічних елементів дозволяє учням зображати склад і будову речовин за допомогою хімічних формул, а властивості і способи їх отримання за допомогою рівнянь хімічних реакцій при вивченні систематичного курсу хімії у 8-х класах.
Розвиток знань хімічної мови продовжується через комп'ютерну програму "Органічна хімія", що складається з декількох блоків:
1. номенклатура органічних речовин,
2. складання структурних формул,
3. хімічні властивості органічних речовин.
Ця програма успішно використовується в 10 - 11 класах як засіб самоконтролю при підготовці до узагальнюючих уроків і контролю знань.
Відмінна риса комп'ютерної програми "Виробництво сірчаної кислоти" - широке використання моделювання хімічних процесів, що протікають у спеціальних пристроях, що дозволяє обучаемому сконцентрувати свою увагу на основні особливості процесів, що розглядаються.
Організувати і тим більше досягти розвиток пізнавальної діяльності учнів у процесі виконання ними хімічного експерименту безсумнівно складно. Комп'ютерна програма "Хімік" - одна з форм проведення хімічного експерименту, ознаки хімічних реакцій супроводжуються зміною кольору, появою осаду, газу.
Велике значення для розвитку пізнавальної діяльності учнів мають вправи у вирішенні розрахункових завдань. Комп'ютерну програму "Рішення задач з хімії" можна використовувати як навчальну і контролюючу. У програмі представлені завдання різного ступеня складності, показані алгоритми їх рішень.
Сьогодні комп'ютерні технології все ширше використовуються в практиці викладання не тільки інформатики, а й інших дисциплін як математика, фізика, біологія, хімія. Досвід роботи показав, що комп'ютерні технології неодмінно повинні поєднуватися з традиційними формами навчання хімії. Отримана тут інформація передається при роботі з комп'ютером, де відбувається закріплення знань підвищення їх міцності.
Як приклад типових задач комп'ютерної хімії можна назвати: пошук залежностей типу «структура - властивість»; генерацію наборів хімічних структур, що відповідають заданим параметрам (складу, наявності функціональних груп і т. д.); перерахування всіляких хімічних реакцій між заданими реагентами (так званий «комп'ютерний синтез») і т. д. Поряд із загальними хімічними завданнями в комп'ютерній хімії існує також велика група вузькоспеціальних завдань, тісно пов'язаних з завданнями хімічної інформатики, наприклад, задачі розпізнавання хімічних структур при зверненні до хімічних та фізико-хімічними баз даних. Ця група завдань у свою чергу тісно пов'язана з проблемою ізоморфізму графів.
При вирішенні задач комп'ютерної хімії широко використовуються різноманітні обчислювальні методи та операції з топологічними індексами (інваріантами графів). У ряді випадків формально-логічний підхід розширюється хімічними підходами, наприклад, на додаток до топологічним індексами, що відображає будову молекули, використовуються електронегативності атомів в молекулі, що відображають склад речовини. Методи комп'ютерної хімії часто використовуються в поєднанні з методами квантової хімії, молекулярної механіки та ін Для обробки результатів обчислювального експерименту широко застосовуються методи математичної статистики. У деяких випадках для пошуку рішень застосовуються методи штучного інтелекту.
Особливу роль методи комп'ютерної хімії грають в органічній хімії, що пояснюється важкою формализуемость останньої, як у порівнянні з іншими природничими науками, наприклад, з фізикою, так і в порівнянні з іншими областями хімії, наприклад, з неорганічної хімією. Комп'ютерна хімія має велике значення і для багатьох найважливіших областей біохімічних досліджень, наприклад, при вирішенні завдань типу «структура-фармакологічна активність», часто в таких дослідженнях методи комп'ютерної хімії доповнюються методами моделювання, специфічними для молекулярно-біологічних систем.
У період становлення і формування в самостійну область новий науковий напрям нерідко отримує різні назви у різних авторів. Так сталося і з комп'ютерною хімією: історично закріпилися дві назви - «комп'ютерна хімія» та «математична хімія». Так, один з наукових журналів, що зробив значний вплив на становлення комп'ютерної хімії, називається «Journal of Mathematical Chemistry». Проте назва «математична хімія» видається невдалим, якщо врахувати, що багато галузі хімії, що сформувалися задовго до появи комп'ютерної хімії, спочатку були засновані на математичному фундаменті, наприклад, фізична хімія, кінетика і каталіз, квантова хімія. При тому, що ряд основних робіт в комп'ютерній хімії був виконаний під час комп'ютери перших поколінь, розвиток комп'ютерної хімії стало можливим тільки з появою сучасних комп'ютерів. Незважаючи на те, що сьогодні комп'ютери використовуються практично у всіх галузях сучасної хімії як для теоретичних так і для експериментальних досліджень, саме комп'ютерна хімія набагато більше за багатьох інших областей хімії залежить від рівня розвитку комп'ютерних технологій. Така залежність пов'язана насамперед зі специфікою найважливіших алгоритмів теорії графів, багато з яких мають експоненційну обчислювальну складність - теоретична оцінка часу, витраченого на виконання алгоритму, є експонентною функцією від розміру графа, тобто від кількості його вершин і ребер, або кажучи общехимической мовою - від числа атомів та хімічних зв'язків в молекулі.
З іншого боку, багато завдань хімічної інформатики, що вирішуються за допомогою методів комп'ютерної хімії, вже по своїй постановці неможливі без використання комп'ютера, наприклад, формування і експлуатація комп'ютерної бази даних за властивостями хімічних сполук. Необхідно при цьому зазначити, що сама хімічна інформатика виникла задовго до появи комп'ютерів. Так, були і продовжують широко використовуватися численні хімічні довідники та реферативні журнали, видрукувані на папері. Існують зарекомендували себе і які є класичними методи пошуку по цим виданням із застосуванням всіляких друкованих покажчиків (авторського, предметного, формульного і т. д.), що організовуються без залучення апарату комп'ютерної хімії. Таким чином, на відміну від комп'ютерної хімії, хімічна інформатика, як і переважна більшість традиційних областей хімії, заснована на застосуванні докомп'ютерної технологій. У цьому і полягає основна методологічне відміну комп'ютерної хімії. З певною часткою неточності можна стверджувати, що якщо метою більшості хімічних досліджень є встановлення деяких хімічних закономірностей, то метою досліджень в комп'ютерній хімії є, як правило, певний алгоритм і реалізує його комп'ютерна програма, що дозволяє шукати хімічні закономірності, експлуатація такої програми може проходити вже поза галузі комп'ютерної хімії.
Глава 3. Мультимедійні технології як засіб підвищення ефективності навчання в школі
Сучасна школа з її проблемами змушує думати про те, як зробити процес навчання більш результативним. Як вчити так, щоб дитина виявляв інтерес до знання.
Комп'ютерні технології надають величезні можливості для розвитку процесу освіти, формування інформаційно-освітнього середовища, основу якої складають комп'ютерні інформаційні джерела, електронні бібліотеки, відео-і аудіотеки, відеоконференції й інші додатки сфери освіти. При розробці такого середовища упор робиться на самостійну роботу учнів, їх колективна творчість, проведення міні-досліджень різного рівня. Освітній процес характеризується, в першу чергу, тим, що він інтерактивний у своїй організації, має конкретну предметну область пізнання і реалізує технології доступу до освітніх ресурсів. Ефективність освітнього процесу багато в чому визначається забезпеченням умов дружнього взаємодії користувачів та інформаційно-освітнього середовища за допомогою телекомунікаційних засобів.
Працює з інформаційно-комунікаційних технологій з традиційними засобами і формами навчання - один з важливих методичних принципів їх застосування.
На відміну від звичайних технічних засобів навчання ІКТ дозволяють не тільки наситити навчається великою кількістю готових, суворо відібраних, відповідним чином організованих знань, але й розвивати інтелектуальні, творчі здібності учнів.
Ще К.Д. Ушинський зауважив: "Дитяча природа вимагає наочності". Наочність матеріалу підвищує його засвоєння, тому що задіяні всі канали сприйняття учнів - зоровий, механічний, слуховий і емоційний. Розумне використання в навчальному процесі наочних засобів навчання відіграє важливу роль у розвитку спостережливості, уваги, мови, мислення учнів.
Комп'ютер у даний час здатний маніпулювати звуком і відео для досягнення спецефектів, синтезувати і відтворювати звук і відео, включаючи анімацію та інтеграцію всього цього в єдину мультимедіа-презентацію.
Використання мультимедійних презентацій доцільно на будь-якому етапі вивчення теми і на будь-якому етапі уроці. Дана форма дозволяє представити навчальний матеріал як систему яскравих опорних образів, що дозволяє полегшити запам'ятовування і засвоєння матеріалу, що вивчається. Подача навчального матеріалу у вигляді мультимедійної презентації скорочує час навчання, вивільняє ресурси здоров'я дітей. Учнів приваблює новизна проведення таких моментів на уроці, викликає інтерес.
За час роботи в гімназії в кабінеті створена і поповнюється медіатека, яка дозволяє підбирати необхідний до уроку матеріал. До створення медіатеки активно залучаються учні, які володіють технологією створення мультимедійних презентацій, які містять інформацію та ілюстративний матеріал. На сьогоднішній день є МП з різних питань, починаючи з презентації "Хімія як наука" для учнів 8 класів і закінчуючи - "Хімія всередині і навколо нас" для учнів 11 класу. Завдяки цим коштам, навчальний матеріал може бути представлений в самих різноманітних формах, що робить подачу навчальної інформації більш цікавою і такою, що запам'ятовується.
При використанні мультимедіа-презентацій у процесі пояснення нової теми досить лінійної послідовності кадрів, в якій можуть бути показані найбільш виграшні моменти теми. На екрані можуть також з'являтися визначення, схеми, які хлопці списують в зошит, тоді як вчитель, не витрачаючи час на повторення, встигає розповісти більше. Показ такої презентації (який у цьому випадку представляє собою щось на зразок конспекту теоретичного матеріалу з даної теми) проводиться викладачем на одному комп'ютері (бажано із застосуванням засобів проекції). Використовуючи можливості мобільного класу, такий презентацією можна скористатися для самопідготовки учнів. Перехід від кадру до кадру в цьому випадку запрограмований тільки після натискання клавіш або по клацанню мишею, без використання автоматичного переходу після закінчення заданого часу, оскільки час, необхідний для сприйняття учнями того чи іншого кадру з урахуванням додаткових пояснень, може бути різним в залежності від рівня підготовки учнів.
Зараз існує досить велика кількість навчальних комп'ютерних програм (тестів), які використовуються для контролю і засвоєння знань.
При створенні тесту з вибором відповіді на комп'ютері, можна організувати виведення реакції про правильність (не правильності) зробленого вибору або без зазначення правильності зробленого вибору. Можна передбачити можливість повторного вибору відповіді. Такі тести повинні передбачати виведення результатів про кількість правильних і не правильних відповідей. За результатами таких тестів можна судити про ступінь готовності та бажання учнів вивчати цей розділ.
Використання комп'ютерного тестування підвищує ефективність навчального процесу, активізує пізнавальну діяльність школярів. Тести можуть являти собою варіанти карток з питаннями, відповіді на які учень записує у зошиті або на спеціальному бланку відповідей, за бажанням вчителя зміна слайдів може бути налаштована на автоматичний перехід через певний інтервал часу.
Мета роботи полягає у розвитку творчого підходу до оволодіння знаннями по предмету (хімії). Учням часто пропонується розробити ряд тестових завдань з запропонованої теми, потім набрати їх в програмі, що дозволяє користуватися цими тестами в електронному варіанті.
Щоб виконати таке завдання, учні повинні були більш глибоко вивчити необхідний розділ хімії або кілька розділів, сформулювати контрольні питання, що відображають суть теми і дати кілька варіантів відповідей (правильних і неправильних). Даний підхід вчить самостійності в роботі з літературою, логічному мисленню, вмінню формалізувати отримані знання.
Завдяки електронним посібниками учні можуть побувати у віртуальній лабораторії, провести віртуальний експеримент, вивчити фізичні і хімічні властивості речовин, що активізує пізнавальний інтерес учнів. В умовах обмеженої оснащеності лабораторії це стає особливо актуальним.
Поява в кабінеті інтерактивної дошки дозволяє планувати створення в майбутньому спільного інтелектуального продукту. Учні починають розуміти більш складний матеріал в результаті більш ясною, ефективної та динамічної подачі. Можна активно коментувати матеріал: виділяти, уточнювати, додавати за допомогою електронних маркерів з можливістю змінити колір і товщину лінії, робити позначки прямо над зображенням. Частина зображення можна закрити "шторкою" або висвітити "Прожектор". Все можна зберегти і при необхідності повторити. Завдяки наочності та інтерактивності, клас втягується в активну роботу. Загострюється сприйняття. Підвищується концентрація уваги, поліпшується розуміння і запам'ятовування матеріалу.
Вивчення будь-якої дисципліни з використанням ІКТ дає дітям можливість для роздумів і участі у створенні елементів уроку, що сприяє розвитку інтересу школярів до предмета. Класичні та інтегровані уроки у супроводі мультимедійних презентацій, on-line тестів та програмних продуктів дозволяють учням поглибити знання, отримані раніше, як кажуть в англійській прислів'ї - "Я почув і забув, я побачив і запам'ятав". Застосування інформаційних технологій на уроках спрямоване на удосконалення існуючих технологій навчання. Вони приносять у відомі методи навчання специфічний момент за рахунок посилення дослідницьких, інформаційно-пошукових і аналітичних методів роботи з інформацією.
Глава 4. Про комп'ютерне підході до вирішення розрахункових хімічних задач
Озброєння учнів знаннями і навичками використання сучасних ЕОМ у навчальному процесі, на наш погляд, один з найбільш. перспективних шляхів підвищення ефективності навчання. Застосування сучасних ЕОМ, зокрема, при навчанні хімії не може зводитися лише до прискорення розрахунків. Воно повинно бути спрямоване на більш глибоке розуміння учнями досліджуваних процесів і явищ.
Рішення розрахункових хімічних задач - перший етап застосування ЕОМ у процесі навчання хімії. Вивчення кількісних відносин в хімії має сприяти придбанню учнями міцних знань, розвитку логічного мислення при вивченні хімічних явищ. Поглиблене і чітке засвоєння учнями методики рішення розрахункових задач необхідно для більш глибокого осмислення теоретичних положень, що лежать в основі розрахунків.
Методика освоєння завдань кожного нового типу базується на машинній логіці і включає наступні етапи:
1) розгляд кількох задач одного типу;
2) складання алгоритмів вирішення всіх цих завдань;
3) порівняльний аналіз рішень, виявлення загального в складених алгоритмах;
4) складання узагальненого алгоритму рішення (при цьому формулюються загальні ознаки, властиві даному типу завдань);
5) складання програми обчислень для даного типу завдань згідно узагальненому алгоритму.
У цій методиці основне місце відводиться складанню алгоритму рішення. Під алгоритмом, як відомо, розуміється послідовність точно сформульованих правил вирішення даної задачі. Алгоритм можна розглядати: як план виконання завдання.
У результаті освоєння кожного нового типу завдань учні складають так звану карту цього типу завдань, що містить узагальнений алгоритм, і, відповідно, програму обчислень. Ця карта містить також контрольну завдання з відповіддю і з зазначенням часу автоматичного виконання програми. Наведемо докладний приклад складання однією з карт.
Назва типу завдань. Обчислення за хімічним рівнянням мас речовин за відомою масою речовини (одного з вступають або виходять в результаті реакції).
Умова (у загальному вигляді): за рівнянням хімічної реакції aA +6 B = cC + dD обчислити масу речовини А (т * (А) г), необхідну для отримання порції речовини С відомої маси («'(С) г).
Складання алгоритму рішення.
I. Знаходження вихідних даних.
Оскільки за умовою задачі треба визначити масу однієї речовини за відомою масою іншої речовини, для вирішення завдань цього типу необхідно використовувати співвідношення m = vM де m - маса речовини (г), М - молярна маса речовини ... (Г / моль). Відомо, що рівняння хімічної реакції виражає співвідношення, кількості молей речовин, що беруть участь і отриманих, ст. цієї реакції, тобто кількості речовин V (A) і v (C), відповідно, прямо пропорційні коефіцієнтам в рівнянні реакції, звідси v (A) міль = а, v (C) моль = с.
Аналізуючи хімічні формули речовин А і С і використовуючи таблицю відносних атомних мас, розраховуємо відсутні вихідні дані: відносні молекулярні маси ЛТ Г (А) і Af r (C), а так як чисельні значення відносних молекулярних і молярних мас рівні, відсутніми вихідними даними будуть : М (А) г / моль = Л7 г (А),. Л1 (С) г / моль = Л (г (С).
Використовуючи вихідні дані, приступаємо до складання алгоритму рішення.
Програма обчислень (Складається згідно з алгоритмом рішення).
Для зручності роботи програма оформлена у вигляді табл. 1, поруч вказано, в яких регістрах пам'яті зберігаються вихідні дані та результати проміжних обчислень. Наведена програма має дев'ять кроків.
У лівому стовпчику таблиці вказано номер (адреса) кроку, в середньому стовпці проставлена послідовність команд, що становлять зміст програми, в правому стовпчику містяться пояснення, що розкривають зміст і призначення кожної команди (коментар).
Контрольна завдання (дозволяє переконатися у відсутності помилок в програмі).
Виходячи з рівняння хімічної реакції СаО + Н 2 0 = Са (ОН) 2, обчислити масу оксиду кальцію, необхідну для отримання гідроксиду кальцію масою 1937
Заносимо вихідні дані в регістри пам'яті (табл. 2).
Час автоматичного виконання програми - 5 с.
Відповідь: 28, отже, маса оксиду кальцію дорівнює 1928
Таким чином ми складаємо пакет карт для вирішення завдань різних типів (зараз у літературі для цього використовується термін «пакет прикладних програм»).
Використання калькуляторів тільки для виконання арифметичних дій при вирішенні розрахункових хімічних задач, звичайно, може вирішити на перший погляд цілий ряд проблем, наприклад на першому етапі в учнів підвищується інтерес до завдань, вчитель має можливість економити час уроку. Однак якщо комп'ютеризацію розглядати тільки в цьому плані, тобто використовувати калькулятори тільки для розрахунків, не звертаючи серйозної уваги на алгоритм розв'язання задачі, то таке застосування калькуляторів на уроках хімії може виявитися навіть шкідливим з точки зору освоєння предмета.
Характер пізнавальної діяльності учнів визначається не тільки цілями і завданнями навчання, але й змістом навчального матеріалу, формами організації роботи з ними.
Розвиток пізнавальної діяльності передбачається і у вимогах предметними уміннями, таких, наприклад, як вміння користуватися хімічною мовою. Хімічна мова включає в себе декілька компонентів знань, один з яких символіка. Учні 5-7-х класів успішно опановують цим компонентом, використовуючи комп'ютерну програму "Хімічна енциклопедія", яка є студіюючої програмою і використовується на пропедевтичних заняттях.
Глава 1. Комп'ютерні технології на уроках хімії
Характер пізнавальної діяльності учнів визначається не тільки цілями і завданнями навчання, але й змістом навчального матеріалу, формами організації роботи з ними.
Розвиток пізнавальної діяльності передбачається і у вимогах предметними уміннями, таких, наприклад, як вміння користуватися хімічною мовою. Хімічна мова включає в себе декілька компонентів знань, один з яких символіка. Учні 5-7-х класів успішно опановують цим компонентом, використовуючи комп'ютерну програму "Хімічна енциклопедія", яка є студіюючої програмою і використовується на пропедевтичних заняттях.
Знання знаків хімічних елементів дозволяє учням зображати склад і будову речовин за допомогою хімічних формул, а властивості і способи їх отримання за допомогою рівнянь хімічних реакцій при вивченні систематичного курсу хімії у 8-х класах.
Розвиток знань хімічної мови продовжується через комп'ютерну програму "Органічна хімія", що складається з декількох блоків:
1. номенклатура органічних речовин,
2. складання структурних формул,
3. хімічні властивості органічних речовин.
Ця програма успішно використовується в 10 - 11 класах як засіб самоконтролю при підготовці до узагальнюючих уроків і контролю знань.
Відмінна риса комп'ютерної програми "Виробництво сірчаної кислоти" - широке використання моделювання хімічних процесів, що протікають у спеціальних пристроях, що дозволяє обучаемому сконцентрувати свою увагу на основні особливості процесів, що розглядаються.
Організувати і тим більше досягти розвиток пізнавальної діяльності учнів у процесі виконання ними хімічного експерименту безсумнівно складно. Комп'ютерна програма "Хімік" - одна з форм проведення хімічного експерименту, ознаки хімічних реакцій супроводжуються зміною кольору, появою осаду, газу.
Велике значення для розвитку пізнавальної діяльності учнів мають вправи у вирішенні розрахункових завдань. Комп'ютерну програму "Рішення задач з хімії" можна використовувати як навчальну і контролюючу. У програмі представлені завдання різного ступеня складності, показані алгоритми їх рішень.
Сьогодні комп'ютерні технології все ширше використовуються в практиці викладання не тільки інформатики, а й інших дисциплін як математика, фізика, біологія, хімія. Досвід роботи показав, що комп'ютерні технології неодмінно повинні поєднуватися з традиційними формами навчання хімії. Отримана тут інформація передається при роботі з комп'ютером, де відбувається закріплення знань підвищення їх міцності.
Глава 2. Комп'ютерна хімія
Комп'ютерна хімія (Математична хімія) - порівняно молода галузь хімії, заснована на застосуванні теорії графів до хімічних завданням фундаментального і прикладного характеру. Виходячи із загального визначення хімії як науки про речовини і перетвореннях їх в один одного, можна сказати, що речовини (молекули) моделюються в комп'ютерній хімії молекулярними графами, а перетворення речовин (хімічні реакції) - формальними операціями з графами. Такий формально-логічний підхід у ряді випадків помітно спрощує алгоритмізацію хімічних задач, зводячи їх до типових задач комбінаторики та дискретної математики і дозволяє шукати вирішення за допомогою комп'ютерних програм. При цьому поряд зі спеціальними програмами в комп'ютерній хімії можуть застосовуватися і універсальні програми: для роботи з таблицями, математичні програми (наприклад, Maple або Mathematica) і т. д.Як приклад типових задач комп'ютерної хімії можна назвати: пошук залежностей типу «структура - властивість»; генерацію наборів хімічних структур, що відповідають заданим параметрам (складу, наявності функціональних груп і т. д.); перерахування всіляких хімічних реакцій між заданими реагентами (так званий «комп'ютерний синтез») і т. д. Поряд із загальними хімічними завданнями в комп'ютерній хімії існує також велика група вузькоспеціальних завдань, тісно пов'язаних з завданнями хімічної інформатики, наприклад, задачі розпізнавання хімічних структур при зверненні до хімічних та фізико-хімічними баз даних. Ця група завдань у свою чергу тісно пов'язана з проблемою ізоморфізму графів.
При вирішенні задач комп'ютерної хімії широко використовуються різноманітні обчислювальні методи та операції з топологічними індексами (інваріантами графів). У ряді випадків формально-логічний підхід розширюється хімічними підходами, наприклад, на додаток до топологічним індексами, що відображає будову молекули, використовуються електронегативності атомів в молекулі, що відображають склад речовини. Методи комп'ютерної хімії часто використовуються в поєднанні з методами квантової хімії, молекулярної механіки та ін Для обробки результатів обчислювального експерименту широко застосовуються методи математичної статистики. У деяких випадках для пошуку рішень застосовуються методи штучного інтелекту.
Особливу роль методи комп'ютерної хімії грають в органічній хімії, що пояснюється важкою формализуемость останньої, як у порівнянні з іншими природничими науками, наприклад, з фізикою, так і в порівнянні з іншими областями хімії, наприклад, з неорганічної хімією. Комп'ютерна хімія має велике значення і для багатьох найважливіших областей біохімічних досліджень, наприклад, при вирішенні завдань типу «структура-фармакологічна активність», часто в таких дослідженнях методи комп'ютерної хімії доповнюються методами моделювання, специфічними для молекулярно-біологічних систем.
У період становлення і формування в самостійну область новий науковий напрям нерідко отримує різні назви у різних авторів. Так сталося і з комп'ютерною хімією: історично закріпилися дві назви - «комп'ютерна хімія» та «математична хімія». Так, один з наукових журналів, що зробив значний вплив на становлення комп'ютерної хімії, називається «Journal of Mathematical Chemistry». Проте назва «математична хімія» видається невдалим, якщо врахувати, що багато галузі хімії, що сформувалися задовго до появи комп'ютерної хімії, спочатку були засновані на математичному фундаменті, наприклад, фізична хімія, кінетика і каталіз, квантова хімія. При тому, що ряд основних робіт в комп'ютерній хімії був виконаний під час комп'ютери перших поколінь, розвиток комп'ютерної хімії стало можливим тільки з появою сучасних комп'ютерів. Незважаючи на те, що сьогодні комп'ютери використовуються практично у всіх галузях сучасної хімії як для теоретичних так і для експериментальних досліджень, саме комп'ютерна хімія набагато більше за багатьох інших областей хімії залежить від рівня розвитку комп'ютерних технологій. Така залежність пов'язана насамперед зі специфікою найважливіших алгоритмів теорії графів, багато з яких мають експоненційну обчислювальну складність - теоретична оцінка часу, витраченого на виконання алгоритму, є експонентною функцією від розміру графа, тобто від кількості його вершин і ребер, або кажучи общехимической мовою - від числа атомів та хімічних зв'язків в молекулі.
З іншого боку, багато завдань хімічної інформатики, що вирішуються за допомогою методів комп'ютерної хімії, вже по своїй постановці неможливі без використання комп'ютера, наприклад, формування і експлуатація комп'ютерної бази даних за властивостями хімічних сполук. Необхідно при цьому зазначити, що сама хімічна інформатика виникла задовго до появи комп'ютерів. Так, були і продовжують широко використовуватися численні хімічні довідники та реферативні журнали, видрукувані на папері. Існують зарекомендували себе і які є класичними методи пошуку по цим виданням із застосуванням всіляких друкованих покажчиків (авторського, предметного, формульного і т. д.), що організовуються без залучення апарату комп'ютерної хімії. Таким чином, на відміну від комп'ютерної хімії, хімічна інформатика, як і переважна більшість традиційних областей хімії, заснована на застосуванні докомп'ютерної технологій. У цьому і полягає основна методологічне відміну комп'ютерної хімії. З певною часткою неточності можна стверджувати, що якщо метою більшості хімічних досліджень є встановлення деяких хімічних закономірностей, то метою досліджень в комп'ютерній хімії є, як правило, певний алгоритм і реалізує його комп'ютерна програма, що дозволяє шукати хімічні закономірності, експлуатація такої програми може проходити вже поза галузі комп'ютерної хімії.
Глава 3. Мультимедійні технології як засіб підвищення ефективності навчання в школі
Сучасна школа з її проблемами змушує думати про те, як зробити процес навчання більш результативним. Як вчити так, щоб дитина виявляв інтерес до знання.
Комп'ютерні технології надають величезні можливості для розвитку процесу освіти, формування інформаційно-освітнього середовища, основу якої складають комп'ютерні інформаційні джерела, електронні бібліотеки, відео-і аудіотеки, відеоконференції й інші додатки сфери освіти. При розробці такого середовища упор робиться на самостійну роботу учнів, їх колективна творчість, проведення міні-досліджень різного рівня. Освітній процес характеризується, в першу чергу, тим, що він інтерактивний у своїй організації, має конкретну предметну область пізнання і реалізує технології доступу до освітніх ресурсів. Ефективність освітнього процесу багато в чому визначається забезпеченням умов дружнього взаємодії користувачів та інформаційно-освітнього середовища за допомогою телекомунікаційних засобів.
Працює з інформаційно-комунікаційних технологій з традиційними засобами і формами навчання - один з важливих методичних принципів їх застосування.
На відміну від звичайних технічних засобів навчання ІКТ дозволяють не тільки наситити навчається великою кількістю готових, суворо відібраних, відповідним чином організованих знань, але й розвивати інтелектуальні, творчі здібності учнів.
Ще К.Д. Ушинський зауважив: "Дитяча природа вимагає наочності". Наочність матеріалу підвищує його засвоєння, тому що задіяні всі канали сприйняття учнів - зоровий, механічний, слуховий і емоційний. Розумне використання в навчальному процесі наочних засобів навчання відіграє важливу роль у розвитку спостережливості, уваги, мови, мислення учнів.
Комп'ютер у даний час здатний маніпулювати звуком і відео для досягнення спецефектів, синтезувати і відтворювати звук і відео, включаючи анімацію та інтеграцію всього цього в єдину мультимедіа-презентацію.
Використання мультимедійних презентацій доцільно на будь-якому етапі вивчення теми і на будь-якому етапі уроці. Дана форма дозволяє представити навчальний матеріал як систему яскравих опорних образів, що дозволяє полегшити запам'ятовування і засвоєння матеріалу, що вивчається. Подача навчального матеріалу у вигляді мультимедійної презентації скорочує час навчання, вивільняє ресурси здоров'я дітей. Учнів приваблює новизна проведення таких моментів на уроці, викликає інтерес.
За час роботи в гімназії в кабінеті створена і поповнюється медіатека, яка дозволяє підбирати необхідний до уроку матеріал. До створення медіатеки активно залучаються учні, які володіють технологією створення мультимедійних презентацій, які містять інформацію та ілюстративний матеріал. На сьогоднішній день є МП з різних питань, починаючи з презентації "Хімія як наука" для учнів 8 класів і закінчуючи - "Хімія всередині і навколо нас" для учнів 11 класу. Завдяки цим коштам, навчальний матеріал може бути представлений в самих різноманітних формах, що робить подачу навчальної інформації більш цікавою і такою, що запам'ятовується.
При використанні мультимедіа-презентацій у процесі пояснення нової теми досить лінійної послідовності кадрів, в якій можуть бути показані найбільш виграшні моменти теми. На екрані можуть також з'являтися визначення, схеми, які хлопці списують в зошит, тоді як вчитель, не витрачаючи час на повторення, встигає розповісти більше. Показ такої презентації (який у цьому випадку представляє собою щось на зразок конспекту теоретичного матеріалу з даної теми) проводиться викладачем на одному комп'ютері (бажано із застосуванням засобів проекції). Використовуючи можливості мобільного класу, такий презентацією можна скористатися для самопідготовки учнів. Перехід від кадру до кадру в цьому випадку запрограмований тільки після натискання клавіш або по клацанню мишею, без використання автоматичного переходу після закінчення заданого часу, оскільки час, необхідний для сприйняття учнями того чи іншого кадру з урахуванням додаткових пояснень, може бути різним в залежності від рівня підготовки учнів.
Зараз існує досить велика кількість навчальних комп'ютерних програм (тестів), які використовуються для контролю і засвоєння знань.
При створенні тесту з вибором відповіді на комп'ютері, можна організувати виведення реакції про правильність (не правильності) зробленого вибору або без зазначення правильності зробленого вибору. Можна передбачити можливість повторного вибору відповіді. Такі тести повинні передбачати виведення результатів про кількість правильних і не правильних відповідей. За результатами таких тестів можна судити про ступінь готовності та бажання учнів вивчати цей розділ.
Використання комп'ютерного тестування підвищує ефективність навчального процесу, активізує пізнавальну діяльність школярів. Тести можуть являти собою варіанти карток з питаннями, відповіді на які учень записує у зошиті або на спеціальному бланку відповідей, за бажанням вчителя зміна слайдів може бути налаштована на автоматичний перехід через певний інтервал часу.
Мета роботи полягає у розвитку творчого підходу до оволодіння знаннями по предмету (хімії). Учням часто пропонується розробити ряд тестових завдань з запропонованої теми, потім набрати їх в програмі, що дозволяє користуватися цими тестами в електронному варіанті.
Щоб виконати таке завдання, учні повинні були більш глибоко вивчити необхідний розділ хімії або кілька розділів, сформулювати контрольні питання, що відображають суть теми і дати кілька варіантів відповідей (правильних і неправильних). Даний підхід вчить самостійності в роботі з літературою, логічному мисленню, вмінню формалізувати отримані знання.
Завдяки електронним посібниками учні можуть побувати у віртуальній лабораторії, провести віртуальний експеримент, вивчити фізичні і хімічні властивості речовин, що активізує пізнавальний інтерес учнів. В умовах обмеженої оснащеності лабораторії це стає особливо актуальним.
Поява в кабінеті інтерактивної дошки дозволяє планувати створення в майбутньому спільного інтелектуального продукту. Учні починають розуміти більш складний матеріал в результаті більш ясною, ефективної та динамічної подачі. Можна активно коментувати матеріал: виділяти, уточнювати, додавати за допомогою електронних маркерів з можливістю змінити колір і товщину лінії, робити позначки прямо над зображенням. Частина зображення можна закрити "шторкою" або висвітити "Прожектор". Все можна зберегти і при необхідності повторити. Завдяки наочності та інтерактивності, клас втягується в активну роботу. Загострюється сприйняття. Підвищується концентрація уваги, поліпшується розуміння і запам'ятовування матеріалу.
Вивчення будь-якої дисципліни з використанням ІКТ дає дітям можливість для роздумів і участі у створенні елементів уроку, що сприяє розвитку інтересу школярів до предмета. Класичні та інтегровані уроки у супроводі мультимедійних презентацій, on-line тестів та програмних продуктів дозволяють учням поглибити знання, отримані раніше, як кажуть в англійській прислів'ї - "Я почув і забув, я побачив і запам'ятав". Застосування інформаційних технологій на уроках спрямоване на удосконалення існуючих технологій навчання. Вони приносять у відомі методи навчання специфічний момент за рахунок посилення дослідницьких, інформаційно-пошукових і аналітичних методів роботи з інформацією.
Глава 4. Про комп'ютерне підході до вирішення розрахункових хімічних задач
Озброєння учнів знаннями і навичками використання сучасних ЕОМ у навчальному процесі, на наш погляд, один з найбільш. перспективних шляхів підвищення ефективності навчання. Застосування сучасних ЕОМ, зокрема, при навчанні хімії не може зводитися лише до прискорення розрахунків. Воно повинно бути спрямоване на більш глибоке розуміння учнями досліджуваних процесів і явищ.
Рішення розрахункових хімічних задач - перший етап застосування ЕОМ у процесі навчання хімії. Вивчення кількісних відносин в хімії має сприяти придбанню учнями міцних знань, розвитку логічного мислення при вивченні хімічних явищ. Поглиблене і чітке засвоєння учнями методики рішення розрахункових задач необхідно для більш глибокого осмислення теоретичних положень, що лежать в основі розрахунків.
Методика освоєння завдань кожного нового типу базується на машинній логіці і включає наступні етапи:
1) розгляд кількох задач одного типу;
2) складання алгоритмів вирішення всіх цих завдань;
3) порівняльний аналіз рішень, виявлення загального в складених алгоритмах;
4) складання узагальненого алгоритму рішення (при цьому формулюються загальні ознаки, властиві даному типу завдань);
5) складання програми обчислень для даного типу завдань згідно узагальненому алгоритму.
У цій методиці основне місце відводиться складанню алгоритму рішення. Під алгоритмом, як відомо, розуміється послідовність точно сформульованих правил вирішення даної задачі. Алгоритм можна розглядати: як план виконання завдання.
У результаті освоєння кожного нового типу завдань учні складають так звану карту цього типу завдань, що містить узагальнений алгоритм, і, відповідно, програму обчислень. Ця карта містить також контрольну завдання з відповіддю і з зазначенням часу автоматичного виконання програми. Наведемо докладний приклад складання однією з карт.
Назва типу завдань. Обчислення за хімічним рівнянням мас речовин за відомою масою речовини (одного з вступають або виходять в результаті реакції).
Умова (у загальному вигляді): за рівнянням хімічної реакції aA +6 B = cC + dD обчислити масу речовини А (т * (А) г), необхідну для отримання порції речовини С відомої маси («'(С) г).
Складання алгоритму рішення.
I. Знаходження вихідних даних.
Оскільки за умовою задачі треба визначити масу однієї речовини за відомою масою іншої речовини, для вирішення завдань цього типу необхідно використовувати співвідношення m = vM де m - маса речовини (г), М - молярна маса речовини ... (Г / моль). Відомо, що рівняння хімічної реакції виражає співвідношення, кількості молей речовин, що беруть участь і отриманих, ст. цієї реакції, тобто кількості речовин V (A) і v (C), відповідно, прямо пропорційні коефіцієнтам в рівнянні реакції, звідси v (A) міль = а, v (C) моль = с.
Аналізуючи хімічні формули речовин А і С і використовуючи таблицю відносних атомних мас, розраховуємо відсутні вихідні дані: відносні молекулярні маси ЛТ Г (А) і Af r (C), а так як чисельні значення відносних молекулярних і молярних мас рівні, відсутніми вихідними даними будуть : М (А) г / моль = Л7 г (А),. Л1 (С) г / моль = Л (г (С).
Використовуючи вихідні дані, приступаємо до складання алгоритму рішення.
Програма обчислень (Складається згідно з алгоритмом рішення).
Для зручності роботи програма оформлена у вигляді табл. 1, поруч вказано, в яких регістрах пам'яті зберігаються вихідні дані та результати проміжних обчислень. Наведена програма має дев'ять кроків.
У лівому стовпчику таблиці вказано номер (адреса) кроку, в середньому стовпці проставлена послідовність команд, що становлять зміст програми, в правому стовпчику містяться пояснення, що розкривають зміст і призначення кожної команди (коментар).
Контрольна завдання (дозволяє переконатися у відсутності помилок в програмі).
Виходячи з рівняння хімічної реакції СаО + Н 2 0 = Са (ОН) 2, обчислити масу оксиду кальцію, необхідну для отримання гідроксиду кальцію масою 1937
Заносимо вихідні дані в регістри пам'яті (табл. 2).
Час автоматичного виконання програми - 5 с.
Відповідь: 28, отже, маса оксиду кальцію дорівнює 1928
Таким чином ми складаємо пакет карт для вирішення завдань різних типів (зараз у літературі для цього використовується термін «пакет прикладних програм»).
Використання калькуляторів тільки для виконання арифметичних дій при вирішенні розрахункових хімічних задач, звичайно, може вирішити на перший погляд цілий ряд проблем, наприклад на першому етапі в учнів підвищується інтерес до завдань, вчитель має можливість економити час уроку. Однак якщо комп'ютеризацію розглядати тільки в цьому плані, тобто використовувати калькулятори тільки для розрахунків, не звертаючи серйозної уваги на алгоритм розв'язання задачі, то таке застосування калькуляторів на уроках хімії може виявитися навіть шкідливим з точки зору освоєння предмета.