МІНІСТЕРСТВО АГЕНСТВО ДО ОСВІТИ
КАЛУСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПЕДАГОГІЧНИЙ
УНІВЕРСИТЕТ ІМ. К.Е. ЦІОЛКОВСЬКОГО
Розробка інтерактивних моделей мікросвіту і методика їх використання при вивченні шкільного курсу хімії
Калуга, 2007

Зміст
Введення
Глава 1 Використання інтерактивних комп'ютерних моделей мікросвіту в хімії (літературний огляд)
1.1 Комп'ютер в освіті
1.1.1 Комп'ютерні технології в навчанні
1.1.2 Дидактичні властивості інформації
1.2 Навчальні комп'ютерні програми
1.2.1 Переваги і недоліки навчальних комп'ютерних програм
1.2.2 Класифікація та вимоги до навчальних комп'ютерних програм
1.2.3 Рекомендації щодо структури та змісту основних елементів комп'ютерної навчальної програми
1.3 Дидактичні особливості інтерактивних комп'ютерних моделей
1.3.1 Склад і структура навчальних комп'ютерних моделей
1.3.2 Відмінності між натурним експериментом і експериментом з ІКМ
1.3.3 Розвиток теоретичного мислення за допомогою ІКМ
1.2.4 Реалізація структурних елементів уроку при використанні комп'ютерних моделей
1.4 Комп'ютерні моделі в навчанні хімії
1.4.1 Хімічні моделі
1.4.2 Класифікація комп'ютерних моделей
1.4.3 Комп'ютерні моделі мікросвіту
1.4.4 Структура і зміст комп'ютерних моделей у ЕІ
Глава 2 Структура та компоненти інтерактивного завдання з використанням комп'ютерних моделей для вивчення теми «Хімічний зв'язок і метод ВС»
2.1. Формулювання інтерактивного завдання
2.2 Підказка як спосіб активації розумової діяльності
2.3 Технічна допомога
2.4 Візуалізації
2.5 Відповідь
2.6 Взаємодія учнів з інтерактивним завданням
Глава 3 Можливості використання інтерактивних комп'ютерних моделей мікросвіту на уроках хімії
3.1 Методика використання інтерактивної комп'ютерної моделі при вивченні теми «Хімічний зв'язок і метод ВС»
3.2 Особливості методики проведення уроків з використанням програм «Хімія (8-11 клас). Віртуальна лабораторія »та« Хімія для всіх XXI: 9 клас »
3.3 Варіанти уроків із застосуванням комп'ютерних моделей програм «Хімія (8-11класів). Віртуальна лабораторія »та« Хімія для всіх XXI: 9 клас »
3.3.1 Урок: Алкани. Будова, ізомерія
3.3.2 Урок: Алкени. Будова, ізомерія і номенклатура
3.3.3 Урок: Фосфор і його сполуки
3.3.3 Урок. Оксиди азоту
3.4 Результати апробації
Висновки
Література

Введення

Перед російською школою стоїть найважливіше завдання підготовки грамотних і висококваліфікованих фахівців, тому одним з напрямків модернізації російського педагогічної освіти є створення системи відкритої освіти, заснованого на використанні інформаційних освітніх технологій дистанційного навчання та формування єдиної інформаційної освітнього середовища на базі використання нових інформаційних технологій і, зокрема , розробка сучасних електронних засобів навчання [19].
Одним з елементів електронних засобів навчання є інтерактивні навчальні комп'ютерні моделі. Метод моделювання в даний час є одним з провідних в процесі пізнання, а використання комп'ютерних моделей у процесі навчання дозволяє познайомити учнів з цим методом пізнання, розширити можливості пред'явлення навчальної інформації.
В даний час є велика кількість програмних засобів навчання, що містять у своєму складі різні типи навчальних комп'ютерних моделей, проте навіть з огляду на такого великого розмаїття навчальних комп'ютерних моделей, їх використання в деякому роді важко через недостатньо розробленої методичної бази, недостатності дослідження функціональних можливостей УКМ, проте, останнім часом, створено ряд моделюючих програм, та розроблено рекомендації до змісту, функціональним можливостям навчальних комп'ютерних моделей і методів їх використання в процесі навчання.
Метою роботи є розробка сценарію інтерактивної комп'ютерної моделі мікросвіту для шкільного курсу хімії [21].
Об'єктом дослідження є діяльність учнів під час навчання хімії в умовах використання інтерактивних комп'ютерних моделей у навчальному процесі.
Предмет дослідження - навчальні комп'ютерні моделі та методи їх використання при вивченні шкільного курсу хімії.
Для досягнення даної мети поставлені наступні завдання:
1. Провести аналіз навчально-методичної літератури та електронних видань на предмет використання інтерактивних комп'ютерних моделей при навчанні хімії.
2. Розробити сценарій інтерактивної комп'ютерної моделі для вивчення теми «Хімічний зв'язок і метод валентних Систем».
3. Розробити сценарії уроків та методичні рекомендації щодо використання комп'ютерних моделей у школі.
4. Провести апробацію елементів даної методики.
Методи дослідження:
1. Аналіз навчально-методичної літератури та електронних видань.
2. Розробка сценарію інтерактивної комп'ютерної моделі для вивчення теми «Хімічний зв'язок і метод валентних Систем».
3. Розробка уроків і методичних рекомендацій щодо використання комп'ютерних моделей.
Практична значимість даної роботи визначається можливістю використання даної навчальної комп'ютерної моделі в освітньому процес
Випускна робота складається з трьох розділів. Перший розділ - літературний огляд з проблеми використання інтерактивних комп'ютерних моделей мікросвіту в шкільному курсі хімії. У другому розділі представлено структуру і склад інтерактивної комп'ютерної моделі для вивчення теми «Хімічний зв'язок і метод валентних Систем». У третьому розділі описані методика використання цієї інтерактивної комп'ютерної моделі на уроках хімії та методика проведення уроків з використанням інтерактивних комп'ютерних моделей мікросвіту програм «Хімія (8 - 11 клас) Віртуальна лабораторія» та «Хімія для всіх XXI: 9 клас».

Глава 1 Використання інтерактивних комп'ютерних моделей мікросвіту в хімії (літературний огляд)

1.1 Комп'ютер в освіті

1.1.1 Комп'ютерні технології в навчанні

Нинішнє століття - століття інформаційних технологій. Інформація стає пріоритетною цінністю в усіх галузях знання, політики, економіки, культури. Відсутність інформації, її недолік ведуть до сумних наслідків як для фахівця у його професійній діяльності, так і для нації, для народу в цілому. Ті, хто володіє інформацією, отримують потужний важіль для подальшого просування у своїй галузі знання, професії. Важливо вміти шукати потрібну в даний момент інформацію, вміти аналізувати її, вміти шукати та знаходити гідні уваги достовірні факти і оперувати з ними. Все це входить в поняття критичного мислення. Тому в наш інформаційний вік немає нічого більш важливого, ніж формування самостійного критичного мислення, що в свою чергу передбачає інтелектуальний і моральний розвиток особистості [6].
Очевидно, що традиційне навчання не в змозі вирішити багато проблем не тільки вищої, а й середньої освіти. Сучасна людина повинна мати можливість вибору різних форм, способів навчання в різні періоди життя. Дистанційна форма навчання має органічно влитися в систему безперервної освіти. Під дистанційним навчанням розуміють процес навчання, в якому вчитель і учень або учні географічно розділені і тому спираються на електронні засоби та друковані посібники для організації навчального процесу [29].
Безліч знань, по суті специфічних, стають повсякденними для сучасної людини, посилюється приналежність цих знань до загальнокультурним. Вони знаходяться в динамічному стані, постійно розвиваються, видозмінюються, удосконалюються, їх придбання людиною - щоденна необхідність.
Кінець двадцятого століття характеризується створенням світової інформаційної структури, перетворенням інформації в економічну категорію, розвитком різних інформаційних технологій, у тому числі і в сфері освіти. Все більше число людей займаються обробкою і передачею інформації.
Для цілей освіти комп'ютер надає ряд інструментів, за допомогою яких здійснюється процес навчання:
ü Інтерактивність
ü Продуктивність
ü Мультимедіа
ü Моделювання
1. Поняття інтерактивність має різні формулювання. Горалік Л. А. пише: «інтерактивний - це такий, в якому отримана інформація залежить в тій чи іншій мірі від вашої реакції на інформацію, отриману раніше ...» [33].
У концепції ЕІРОЗ написано: «Інтерактивність у перекладі з англійської означає всього лише взаємодія ». Інтерактив від англійського interaktiv, тобто, взаємодія. І дійсно саме взаємодія людини з навколишнім і соціальної середовищами становить сутність його існування. Тут комп'ютер дає революційні можливості навіть при використанні досить убогого його оснащення, тобто, використовуючи тільки миша і клавіатуру. Однак, цього буває цілком достатньо для взаємодії людини з машиною. Тому найчастіше говорять про інтерактивному режимі роботи. По суті це означає почергові «висловлювання» (у широкому сенсі - від видачі інформації до виробленого дії) кожної зі сторін. Причому кожен вислів проводиться з урахуванням як попередніх власних, так і висловлювань іншого боку [34].
Сам процес взаємодії людини з комп'ютером можна розкласти на елементи і подати як певний сигнал від людини до машини (або навпаки) і відповідь на нього, який безпосередньо впливає на подальші дії запитуючої сторони. Тобто, є певний «запит» з боку користувача і «реакція» на це питання з боку машини. Тому важливо, використовуючи найпростіші елементи, складати більш складні ланцюжки, в яких реакції на попередні запити визначають зміст наступних. Наприклад, системи - тренажери, в яких складність завдання визначається правильністю та швидкістю відповідей на попередні завдання.
В даний час головним способом організації інтерактиву є використання екранного меню [34]. Однак, це не єдиний спосіб; також поширені спосіб створення символьного рядка з клавіатури і спосіб переміщення об'єктів на екрані, останній забезпечує легкість і простоту в роботі. У даному випадку відбувається поєднання курсору миші з віртуальним тілом, тим самим, забезпечуючи рух цього тіла. Таким чином, можна зіставляти властивості об'єктів.
Елементи, в яких комп'ютер ставить питання користувачеві, характерні для навчальних програм. Навіть електронні видання першого покоління, в яких використовувалися питання з вибором відповіді або його введенням вигляді тексту або цифр, вже мали одну дуже важливу рису, що відрізняє їх від друкованих задачників: можливість перевірити правильність свого рішення, не пізнаючи самої відповіді.
До інструментальних інтерактивним програмам відносять також віртуальні конструктори і лабораторії - це відкриває дуже великі можливості, тому що, саме тут в найбільшій мірі реалізується здатність комп'ютера до моделювання процесів і середовищ.
2. Комунікативність дуже важлива, адже це можливість безпосереднього спілкування на відстані, мобільного надання інформації. Основоположним тут є створення віртуальних мереж, за допомогою яких відбувається обмін інформацією в реальному часі [33].
3. Мультимедіа - це технічні системи, що забезпечують роботу користувача з статичними та динамічними відоізображеніямі, анімаційної, комп'ютерною графікою, текстом і звуком. Цей інструмент має дві основні переваги: якісне і кількісне. Мультимедіа надає якісно нові можливості сприйняття людиною дійсності, особливо наочно це продемонструвати в порівнянні словесних способів опису будь - якого явища з безпосереднім аудіовізуальним поданням. Кількісні переваги в тому, що має велику інформаційну щільність. Зіставимо: одна сторінка тексту містить близько 2 Кбайт інформації. Прочитати цей текст можна за 2-3 хвилини. За цей же час переглянуте відео приносить порядку 2000000Кбайт. Тому краще один раз побачити, ніж багато разів почути [34] [33].
4. Моделювання об'єктів, процесів і явищ - одне з перших застосувань комп'ютера. Моделювання - це нескінченна безліч можливостей - від формування простих моделей до створення віртуальної реальності. Сьогодні можна моделювати не тільки досліджувані предмети, процеси, але й природне середовище і дії користувача в ній. Тому впровадження елементів моделювання в навчальний процес необхідно для модернізації освітніх програм [34].

1.1.2 Дидактичні властивості інформації

Комп'ютер - це інструмент для обробки інформації. Інформація не є фізичним об'єктом, вона не має маси, протяжності. Інформація може виникати з порожнечі і зникати безслідно. Це абсолютно незвичне поведінка для об'єкта, але така інформація.
Інформацією можна обмінюватися, нічого при цьому не втрачаючи, проте у інформації є і більш звичні властивості. Виділяється декілька особливо важливих властивостей [29].
Достовірність - найбільш важлива властивість інформації, адже недостовірність інформації може призвести до непорозумінь або прийняття неправильних рішень. Достовірність інформації може залежати від часу, так що достовірність тісно пов'язана з властивістю динамічності інформації. Спотворення достовірності інформації може відбуватися на різних етапах її отримання:
1. може виявитися недостовірною сама вихідна інформація;
2. викривлення можуть виникнути при передачі;
3. інформація може бути неправильно відтворено на носії.
Достовірна інформація може виявитися неясною або неповною.
Ясність інформації означає, що мова, на якому представлена інформація, зрозумілий живій істоті або пристрою, обробляє цю інформацію. Це властивість інформації має першорядне значення при її передачі в рамках Інтернету, адже при цьому використовується значна кількість різних мов, як людських, так і формальних (призначених для обробки комп'ютерними програмами та пристроями) [32].
Про повноту інформації можна говорити, якщо її не вистачає для розуміння або прийняття рішення. Із - за неповноти інформації може бути прийняте невірне рішення.
Цінність залежить від значимості завдань, що вирішуються з її допомогою. Важливо враховувати, що чим більш цінною є інформація, тим більшою є її ціна.
Актуальність інформації має велике значення при роботі в швидко мінливих умовах. У педагогічному плані актуальність співвідноситься з завданнями мотивації.
Статичність / динамічність інформації характеризує, наскільки часто змінюється інформація. Це властивість тісно пов'язане з іншими властивостями, такими, як достовірність, актуальність.
Статична інформація довго зберігає як достовірність, так і актуальність. Динамічна інформація недовго зберігає достовірність і актуальність.
Стабільність джерела характеризує стійкість, постійність доступності джерела інформації в мережі за конкретною адресою. Нестабільність може бути викликана як технічними проблемами.
Структурність інформації означає, інформація неоднорідна, різні ділянки переданої інформації можуть мати різний зміст. Це означає, що при описі інформації можуть використовуватися мови різного рівня і різних типів. Одним з аспектів структурності інформації є підрозділ інформації на види: текст, програми, аудіо-і відеоінформація.
Кількість інформації - найбільш поширене її властивість. Психологічно показником кількості інформації може бути обсяг носія, тобто визначення обсягу інформації на-віч. Проте судити про це складно, тому що, кількість інформації, що міститься у фотографії, зменшується на частини сторінки книги, може виявитися більшим, ніж у книзі середнього обсягу без ілюстрацій.
Педагогічна готовність представляє цілий підклас властивостей. Педагогічно придатний текст може виявитися неготовим, які вимагають доопрацювання, зміни або самого тексту, або супроводжуючих його матеріалів, пояснень, вступних і заключних зауважень і т.п.
Цим звичайно не вичерпується список властивостей інформації, а були перераховані тільки найважливіші з точки зору педагогіки [32] [29].

1.2 Навчальні комп'ютерні програми

1.2.1Достоінства і недоліки навчальних комп'ютерних програм

Комп'ютерні технології дозволяють індивідуалізувати навчальний процес, вони дозволяють збільшити швидкість і якість засвоєння матеріалу, дозволяють удосконалювати знання та вміння в процесі навчання, в цілому - підвищують якість освіти [18].

В даний час кількість випущених на ринок навчальних програм настільки велике, що комп'ютерне навчання вважати новою освітньою галуззю, і школа зобов'язана зважати на це. Комп'ютер стає абсолютно природним засобом пізнання навколишнього світу, як для попередніх поколінь була книга.
Комп'ютер можна використовувати з великою користю, а можна і на шкоду. Яке ж місце може зайняти комп'ютерна програма в навчанні дитини?
По - перше, сама природна форма роботи вчителя - урок, і навряд чи в найближчому майбутньому вона зміниться. Значить потрібно навчиться вести уроки з комп'ютерною підтримкою. По - друге, застосування комп'ютера в навчанні не обмежується уроками. Велику роль тут відіграє самостійна робота з навчальною програмою [26].
І нарешті, по - третє, взаємодія вчителя з учнями через комп'ютерні мережі - дистанційне навчання - дуже важливо, адже для дитини-інваліда - це чи не єдина можливість отримати повноцінну освіту.
Виділимо гідності роботи з навчальними програмами:
· Скорочується час вироблення необхідних технічних навичок учнів;
· Природним чином досягається оптимізація темпу роботи учня;
· Збільшується кількість тренувальних завдань;
· Учень стає суб'єктом навчання, оскільки програма вимагає про нього активного управління;
· З'являється можливість моделювати такі процеси, як рух об'єктів, за допомогою комп'ютерної анімації створювати на уроці ігрову пізнавальну ситуацію;
· Легко досягається рівнева диференціація навчання;
· Урок можна забезпечити матеріалами з віддалених джерел, користуючись засобами телекомунікації;
· Діалог з програмою набуває характеру навчальної гри, і у більшості дітей підвищується мотивація навчальної діяльності.
Однак навчальні комп'ютерні програми мають і недоліки:
· Діалог з програмою позбавлена емоційності і, як правило, одноманітний;
· Не забезпечується розвиток мовної, графічної та писемної культури учнів;
· Крім помилок у вивченні навчального предмета, які учень робить і на традиційних уроках, з'являються ще й технологічні помилки - помилки роботи з програмою;
· Як правило, матеріал подається в умовній формі, сильно стислій і одноманітною;
· Контроль знань обмежений кількома формами - тестами або програмованими опитуваннями;
· Від вчителя потрібні спеціальні знання;
· Серед наявного програмного забезпечення багато неякісного, який не враховує специфіку роботи зі школярами, що має багато фактичних або методичних помилок.
Як бачимо недоліків у комп'ютерного навчання не менше, ніж переваг, тому важливо виробити критерії корисності застосування комп'ютерів на уроці для кожної вікової групи, потрібно визначити критерії оцінки навчальних програмних засобів, готувати вчителів і методистів навчальних предметів до проведення якісних уроків з комп'ютерною підтримкою [6] .

1.2.2 Класифікація та вимоги до навчальних комп'ютерних програм

Створення комп'ютерної програми навчального призначення або ППС - завдання багатофункціональна і неформалізованих.
Що ж таке ППС?
ППС - педагогічні програмні засоби, потрібні не тільки і не скільки для технічної підтримки навчального процесу, але несуть у собі педагогічну функцію як таку, що виступають як носії чистого знання [24]. Виділимо деякі загальні критерії якості та вимоги до розглянутого типу програмних продуктів.
Комп'ютерний підручник (КУ) - це програмно - методичний комплекс, що забезпечує можливість самостійно освоїти навчальний курс або його великий розділ. КУ поєднує в собі властивості звичайного підручника, довідника, задачника та лабораторного практикуму. При цьому КУ має такі переваги в порівнянні з вказаними видами навчальних посібників:
· Забезпечує оптимальну для кожного конкретного користувача послідовність, що складається в чергуванні вивчення теорії, розбору прикладів, методів вирішення типових завдань, проведенні самостійних досліджень;
· Забезпечує можливість самоконтролю якості набутих знань і навичок;
· Прищеплює навички дослідницької діяльності;
· Економить час учня, необхідне для вивчення курсу
Вимоги до КУ:
· КУ повинен дозволяти вивчити курс, користуючись тільки книгою і входять до КУ програмним забезпеченням;
· КУ повинен надавати учневі оптимальне поєднання різних способів вивчення курсу;
· Кожен елемент програмного забезпечення КУ повинен відповідати всім вимогам, пред'явленим до програм відповідного типу [15];
Лабораторний практикум (ЛП). Програми цього типу служать для проведення спостережень над об'єктами, їх взаємозв'язками або деякими їх властивостями, для обробки результатів спостережень, для їх чисельного та графічного представлення.
Вимоги до ЛП:
· Мають бути чітко визначені цілі експерименту, описано засоби і методики проведення експерименту, методи обробки та аналізу експериментальних даних;
· У документації необхідно привести зразок форми звіту і приклади, в повному обсязі реалізують методичні вимоги.
Тренажери служать для відпрацювання та закріплення технічних навичок вирішення завдань. Вони забезпечують отримання інформації з теорії та прийомів вирішення завдань, тренування різних рівнях самостійності, контроль і самоконтроль. Як правило, включають режими: теорія, демонстрація прикладів, робота з репетитором, самостійна робота, самоконтроль.
Вимоги до тренажерів:
· Мають бути чітко визначені види навичок, для освоєння яких призначений тренажер;
· Необхідні теоретичні відомості повинні бути сформульовані максимально коротко;
· Доступ до теоретичних відомостями повинен бути забезпечений з будь-якого режиму, крім контрольного;
· У режимі репетитора бажано передбачити всі можливі шляхи вирішення;
· Темп просування повинен визначатися самим учням;
· Повинні бути запобігти стомлення і втрата інтересу;
· Порядок і форма запису рішення задачі на екрані повинні бути максимально наближені до загальноприйнятих;
· При самостійній роботі має бути передбачено скасування учнями помилкових дій [9];
Контролюючі програми (КП) - це програмні засоби, призначені для перевірки якості знань.
Вимоги до КП:
· КП повинні надавати можливість введення відповіді у формі, максимально наближеній до загальноприйнятої;
· КП повинен забезпечити адекватний аналіз відповіді, який відрізняє опечатку від помилки і розпізнає правильну відповідь у будь-який з еквівалентних форм її подання;
· КП не повинні пропонувати учневі вибрати відповідь із списку, що містить свідомо хибні твердження;
· Повинні бути забезпечені фіксація результатів контролю, їх збір, роздруківка і статистичний аналіз [9].
Предметно-орієнтовані середовища (мікросвіти, моделюючі програми, навчальні пакети)
Предметно - орієнтоване середовище (ПОС) - це навчальний пакет програм, що дозволяє оперувати з об'єктами певного класу. Середа реалізує відносини між об'єктами, операції над об'єктами і відносинами, відповідні їхнім визначенням, а також забезпечує наочне уявлення об'єктів і властивостей.
Учні оперують об'єктами, керуючись методичними вказівками, або проводять дослідження, мети й завдання якого поставлені учнями самостійно.
Вимоги До ПОС:
· Програма повинна мати довідковий режим, що містить визначення всіх використовуваних об'єктів і відносин;
· Програма повинна мати довідковий режим, що описує правила роботи;
· При моделюванні об'єктів і відносин повинні зберігатися загальноприйняті позначення та термінологія [9].

1.2.3 Рекомендації щодо структури та змісту основних елементів комп'ютерної навчальної програми

«Більшість комп'ютерних програм і інтерфейсів, - пишуть Еліот і Брзезінскій, - мало враховують людські здібності та інтереси, залишаючи великі галузі людино - машинного взаємодії недослідженими».
«Зміст навіть дуже хорошого курсу може виявитися незасвоєним, - конкретизує попередню думку Вірніше, - тому що, навчається більшу частину часу змушений розбиратися з незручною програмою» [36].
Тому необхідно дуже ретельно розробляти інтерфейс, схему взаємодії учня та програми.
Можна виділити наступні вимоги до структури та змісту основних елементів комп'ютерної навчальної програми:
· Стислість і стислість викладу, максимальна інформативність тексту;
· Відсутність нагромадження, чіткий порядок у всьому; ретельна згрупування інформації; об'єднання окремих інформаційних елементів у цілісно сприймати групи (принцип структурності);
· Вся найбільш важлива інформація повинна міститися в лівому верхньому кутку екрану і бути доступною без скроллінгом;
· Використання табличного формату пред'явлення інформації. Таблиці дозволяють надати матеріал в компактній формі і наочно показують зв'язки між різними поняттями [35];
· Графіка повинна органічно доповнювати текст. Динаміка взаємини візуальних і вербальних елементів і їх кількість визначається функціональною спрямованістю навчального матеріалу;
· У багатьох випадках найбільш ефективним є використання мнемонічних моделей; при поданні знань у вигляді моделей необхідно пам'ятати, що просторові знання, отримані через моделі, призводять до того, що учні займають позиції персонажів, що знаходяться всередині ситуації;
· При проектуванні характеру і послідовності пред'явлення матеріалу повинен дотримуватися принцип стадійності;
· При пред'явленні матеріалу повинні бути дотримані принципи спільності: пояснення до графічних ілюстрацій повинні бути розташовані якнайближче до них, текст і відповідне йому зображення повинні пред'являтися одночасно, це створює цілісність сприйняття;
· Ілюстрації, що пред'являють складні моделі та пристрої, повинні бути забезпечені системою миттєвої підказки;
· Інструкції з виконання завдань необхідно ретельно продумувати на предмет ясності, чіткості, лаконічності;
· Продуктивність навчання значно підвищується, якщо одночасно задіяні зоровий і слуховий канали сприйняття інформації;
· У програму обов'язково повинні бути включені необхідні користувачу функції пошуку;
· Електронна навчальна одиниця повинна мати ключовий екран, на якому повинна бути графічно представлена схема, що відображає основні етапи навчання. Учень повинен мати можливість розпізнавати стадію власного навчання;
· Слід завжди використовувати пояснення до картинок, які б могли позбавити користувача від непотрібного очікування у випадку, якщо сторінка не містить необхідного матеріалу;
· Необхідно пам'ятати, що студенти віддають перевагу більш структурованим методам навчання, при яких вони можуть послідовно проходити по всьому навчальному матеріалі або здійснювати пошук в ієрархічній системі меню [14].
Необхідно пам'ятати, що за допомогою комп'ютера можна отримати не просто статистичні викладки, а наочні динамічні моделі. Забезпечити можливість більш ясного, наочного і всебічного бачення світу, тому дане перевага комп'ютерів потрібно використовувати якомога ширше [36].
Можна зробити висновок, що всі наведені педагогічні програмні засоби мають безліч переваг в порівнянні з традиційними засобами, однак і багато різного роду обмежень при створенні їх створення, однак використання системного підходу при проектуванні і побудові навчальних комп'ютерних програм дозволяє підвищити продуктивність навчального процесу, уникнути тимчасових втрат , створити комфортну обстановку для роботи, крім того це дозволяє найбільш повно свій творчий потенціал.

1.3Дідактіческіе особливості інтерактивних комп'ютерних моделей

1.3.1 Склад і структура навчальних комп'ютерних моделей

Зрозуміло, що особливості дистанційної форми навчання найбільш значуще позначаються в області навчання природничих дисциплін. Це проявляється в тому, що в цих дисциплінах традиційно передбачається лабораторний практикум, але в умовах дистанційного навчання немає доступу до лабораторій навчальних закладів. Отже, вирішувати педагогічні завдання (розвиток інтелектуального, творчого потенціал, аналітичного мислення та самостійності) за допомогою експериментальних робіт стає важко. Таким чином, виникає необхідність використання засобів навчання, які дозволяють без втрат якості навчання перейти від традиційного навчання до дистанційного. Такими засобами можуть виступати комп'ютерні моделі [4].
Комп'ютерне моделювання сприяє розвитку у школяра формально - логічної та операційної форми мислення і дозволяє творчо переосмислити сучасні методи наукового пізнання [28].
Так що ж таке «комп'ютерна модель»? Слово «модель» має франко - італійське коріння і переводиться на російську як «зразок» [8].
Одне з найбільш повних визначень «моделі» дав В. А. Штоф: «Під моделлю розуміється така подумки яка надається або матеріально реалізована система, яка, відображаючи або відтворюючи об'єкт дослідження, здатна заміщати його так, що її вивчення дає нам нову інформацію про цей об'єкт »[23].
Цікавий визначення поняття «комп'ютерна модель» запропоновано Т.В. Міньковічем і визначено ним як модель, реалізована за допомогою комп'ютера, яка представляє сукупність даних і програм для їх обробки [21].
В.В. Лаптєв і А.А. Німців запропонували для комп'ютерних моделей, що використовуються в навчанні, вживати термін «навчальні комп'ютерні моделі». Вони виділили специфіку навчальних комп'ютерних моделей, яка полягає в необхідності застосування засобів наочного відображення інформації при їх реалізації. Тому з урахуванням сучасного рівня розвитку апаратно - програмних засобів комп'ютерного моделювання, під навчальною комп'ютерною моделлю можна розуміти апаратно - програмну навчальне середовище, що моделює досліджуваний процес чи об'єкт, яка надає кошти наочного відображення інформації і, при необхідності, що дозволяє здійснювати інтерактивне управління моделлю [21].
М. І. Хоютанова вважає, що комп'ютерна модель - це створений за рахунок ресурсів комп'ютера віртуальний образ, якісно і кількісно відображає властивості і внутрішні зв'язки модельованого об'єкта, а в кращому випадку передавальний і його зовнішні характеристики [31].
Таким чином, моделювання - це вивчення певного явища за допомогою моделей, тобто, замінників, аналогів.
На думку Е. Е. Ніфантьева, А.К. Ахлебініна і В.М. Лихачова, під навчальною комп'ютерною моделлю слід розуміти програмний модуль, що моделює досліджуваний об'єкт або явище і об'єднує в собі засоби відображення і подання інформації. Таке визначення навчальних комп'ютерних моделей дозволяє розглядати їх як індивідуальні об'єкти, що входять до складу педагогічних програмних засобів різного призначення, а включення їх до складу програмного будь - якого продукту - як варіант дидактичного використання моделі в процесі навчання [23].
Важливо відзначити, що навчальна комп'ютерна модель в складі програмного продукту зазвичай існує не сама по собі, а доповнюються різною інформацією. Таке об'єднання УКМ і додаткової інформації можна назвати інформаційно - моделюючим модулем. Під моделюючої програмою можна розуміти самостійний програмний продукт, призначений для вивчення об'єктів і явищ, в якому для цього інтенсивно використовуються інформаційно - моделюють модулі відповідних об'єктів і явищ.
В.Н. Лихачов зазначає, що інформаційно - моделюючим модулем запропоновано називати сукупність навчальних комп'ютерних моделей і інформаційних блоків різного типу, об'єднаних на основі змістовного критерію. Інформаційними блоками, що входять до складу інформаційно - моделюючого модуля (ІММ), може бути опис модельованого явища чи об'єкта, представлене в текстовому, звуковому або схематичному вигляді; інструкції з організації роботи з ІММ; завдання для роботи з ІММ; довідкова інформація; відеозапис модельованого об'єкта ; інформація про відмінність моделі від модельованого об'єкта, але центральним елементом ІММ є навчальна комп'ютерна модель [21].
Структуру інформаційно - моделюючого модуля можна представити у вигляді схеми:
SHAPE \ * MERGEFORMAT

Опис

Довідкова інформація

Інструкції

Завдання

Навчальні комп'ютерні моделі

Відеозапис реального об'єкта чи явища

Обмеження і відмінності УКМ від модельованого об'єкта

Велике значення для ефективного сприйняття інформації має розташування елементів, що входять до складу інформаційно - моделюючого модуля, на екрані. Найбільш раціональне використання візуального простору досягається при відображенні елементів ІММ у трьох вікнах, які містять навчальну комп'ютерну модель; текстову інформацію (опис моделі); коротку інформацію про модельований об'єкт або явище. А якщо до складу ІММ входить кілька моделей, то у учня повинна бути можливість вибору поточної. Зміст текстової інформації може бути різним в залежності від дій, виконуваних учнями. На думку В. Н. Ліхачова розташування елементів ІММ на екрані повинно бути засновано на теорії зорового сприйняття:
SHAPE \ * MERGEFORMAT

Елементи управління програмою або ІММ

Текстова інформація

Навчальна комп'ютерна модель

Коротка інформація

Елементи управління програмою або ІММ

УКМ у складі ІММ залежно від змісту і структури ІММ може знаходити різне методичне застосування, тому функціонування УКМ у складі ІММ є варіантом її дидактичного використання в процесі навчання. Це дозволяє розглядати з єдиних дидактичних позицій використання в процесі навчання різних типів УКМ [21].
Перспективність використання комп'ютерних моделей відзначається в роботі науково - методичного симпозіуму «Комп'ютерне моделювання в навчанні точних наук», в якому були позначені напрями, пов'язані з необхідністю розробки комп'ютерних моделей для навчання, такі, як:
§ застосування віртуальних лабораторних практикумів з різних дисциплін і курсів в галузі точних наук;
§ формування у школярів та студентів системного природничонаукового світогляду на основі створення опорних освітніх образів у цій галузі;
§ вивчення природи мікро-і макросвіту, що оточують людство, що з допомогою фізичного лабораторного обладнання сучасної школи і вузу практично неможливо;
§ більш глибокий аналіз фізичних, хімічних, біологічних та інших процесів і явищ за рахунок імітації та обліку істотно більшої кількості параметрів і факторів в порівнянні з можливостями фізичного лабораторного обладнання [28] [19].
Для організації комп'ютерного лабораторного практикуму необхідно використовувати комп'ютерні моделі, що передбачають активну взаємодію з учнями та розроблені для використання в мережі і не залежні від операційної платформи.
У ході розробки інтерактивних комп'ютерних моделей (ІКМ) педагог повинен знайти розумне дидактично обгрунтоване відповідність між логікою роботи обчислювальної машини і логікою розгортання живої людської діяльності вчення. Важливо передбачити спеціальні заходи для стимулювання навчальної діяльності, підтримці позитивної мотивації до навчання, створенню сприятливого режиму роботи. Необхідно залучити учнів в самостійну діяльність навчання, імітуючи практику, посилюючи можливості аналізу та синтезу досліджуваних явищ і процесів [19].

1.3.2 Відмінності між натурним експериментом і експериментом з ІКМ

Натурні експерименти в навчанні застосовуються для досягнення різних цілей, відповідно до яких можна дати їх класифікацію:
1) експеримент - спостереження. Призначений для спостереження учнями явища, збору якісних і кількісних характеристик, пошуку взаємозв'язків, опису явищ [19];
2) дослідницький експеримент. Призначений для перевірки висновків, зроблених на основі спостережень;
3) прикладної експеримент. Призначений для застосування концепції, перевіреної в ході дослідження, частіше за все передбачає розробку і використання лабораторної установки.
Робота з ІКМ не може бути однозначно вписана в дану класифікацію. За своєю суттю ІКМ не є повноцінною заміною реальних об'єктів і явищ, оскільки вона є формалізованим описом, яке, в свою чергу формується на основі експерименту. Дана особливість ставить під сумнів можливість використання ІКМ для формування емпіричного мислення і вимагає розгляду цілей застосування ІКМ в навчанні [28].

1.3.3 Розвиток теоретичного мислення за допомогою ІКМ

Традиційно експеримент в лабораторному практикумі формує емпіричне мислення. Учні досліджують явище, виявляють в ній структурні елементи, класифікують їх, описують зв'язку, але все це розділене у свідомості.
Однак робота з ІКМ дозволяє розвивати мислення теоретичного типу, оскільки її можна виготовити таким чином, щоб вона поєднала в собі зовнішні особливості досліджуваного об'єкта і його внутрішню структуру і зв'язку, причому у взаємодії. Тим самим форма знань про об'єкти виявляється носієм змісту знань.
Тому при розробці ІКМ необхідно враховувати наступні положення:
1) Робота з ІКМ має передбачати побудову знання, а не його засвоєння. ІКМ не ілюстрація теоретичного матеріалу, а знаряддя його формування.
2) ІКМ має поєднувати наочність, опис і поняття, логіку. Тобто вона повинна бути не зовнішнім відображенням досліджуваного явища, а його образним уявленням. Причому вона повинна бути простроено таким чином, щоб учні опановували знаннями про взаємозв'язок явищ, що становлять цілісну систему; давати знання про внутрішні, істотних залежностях, які безпосередньо спостерігати неможливо. Домогтися цього можна відображенням невидимих (векторів сил, швидкостей, поля, енергія і.т.п) і прихованих (внутрішні частини механізмів наприклад) елементів у взаємозв'язку.
3) Робота з ІКМ повинна передбачати активну роботу учнів, оскільки вона у навчанні дозволяє швидше і успішніше освоювати досвід, формує ставлення до досліджуваної діяльності.
4) У роботі з ІКМ передбачається робота над розвитком базових розумових операцій: узагальнення, обмеження, визначення, і порівняння понять, логічних відносин між ними, виділення істотних ознак предметів [19].

1.3.4 Реалізація структурних елементів уроку при використанні комп'ютерних моделей

Включення комп'ютера в навчальний процес не тільки не зняло наявні протиріччя (наприклад, між педагогічним керівництвом та активною діяльністю учнів, їх індивідуальної та колективної роботою, навчанням і самоосвітою, контролем і самоконтролем), а й висвітило їх особливо яскраво [18].
З одного боку, комп'ютер є засобом підвищення ефективності процесу навчання в школі. Він дає можливість учням самостійно отримувати знання, працюючи в інтерактивному режимі, сприяє розвитку інтелекту школяра, розширює пред'явлення навчальної інформації, дозволяє змінити якість контролю за діяльністю учнів.
З іншого боку, використання комп'ютера без урахування особливостей дидактичних процесів, недотримання режиму роботи учнів надає негативний вплив на навчально-виховний процес [27].
Сучасна дидактика знає безліч підходів до організації навчання. І кількість їх постійно множиться. Робота зі знанням як таким в епоху плюралізму знань, вміння роботи з інформацією та пошук нових освітніх технологій, множинність підходів до одних і тих же об'єктів ставлять питання про легітимність знань [29].
Неприпустимою є фронтальна робота з учнів, які сидять за комп'ютерами, на протязі всього уроку. Це не сприяє розвитку індивідуальних здібностей школярів, так як відбувається орієнтація на «середнього» учня.
Одночасна робота учнів під керівництвом вчителя доцільна лише протягом короткого проміжку часу з метою адаптації до навчальної програми, зняття психологічного бар'єру, перевірки розуміння досліджуваного матеріалу та первинного його закріплення [4].
Одним із способів підготовки учнів до усвідомленої і раціональної роботи є використання вчителем демонстраційного комп'ютера та використання програм навчального призначення, що містять у своєму складі комп'ютерні моделі. Це дозволяє звести роботу учнів за комп'ютерами до розумного мінімуму, ефективно провести пояснення нового матеріалу, сформувати вірні уявлення про досліджуваному об'єкті.
Розглянемо докладно взаємодію структурних елементів уроку, на якому можуть бути використані програми навчального призначення, що містять у своєму складі комп'ютерні моделі. У реальному педагогічному процесі структурні елементи уроку виступають як етапи процесу навчання.
Візуальна адаптація до навчальної програми
Завдання етапу:
· Підготувати учнів до засвоєння нового матеріалу;
· Надати формування навчальної діяльності учнів цілеспрямований характер;
· Організувати пізнавальну діяльність учнів;
· Навчити дітей розуміти інтерфейс програми.
Зміст етапу.
Повідомлення назви навчальної програми. Формування у школярів емоційного ставлення до програми. Постановка пізнавального завдання.
Пояснення алгоритму роботи
Завдання етапу:
· Дати учням конкретне уявлення про досліджуваної програмі;
· Домогтися засвоєння учнями способів і засобів досягнення результату;
· Сформувати моральне ставлення учнів до даної програми.
Зміст етапу.
Організація уваги учнів, процесу сприйняття, усвідомлення, осмислення і демонстрація вчителем системи команд і послідовності їх виконання для досягнення результату. Вказівка на місцезнаходження програми і способу завершення роботи з нею. З'ясування спочатку того, що треба зробити, а потім вже як зробити.
Умови досягнення позитивних результатів навчання:
· Актуалізація чуттєвого досвіду і опорних знань учнів;
· Успішна адаптація учнів до програми;
· Широке використання різних способів активації розумової діяльності учнів;
· Включення в роботу всіх учнів.
Показники виконання завдань етапу:
· Якість відповідей учнів на наступних етапах уроку;
· Поповнення термінологічного запасу;
· Активна і раціональна самостійна робота учнів з програмою.
Закріплення алгоритму роботи
Завдання етапу:
· Закріпити знання учнів, необхідні для самостійної роботи з комп'ютерною програмою;
· Домогтися глибини розуміння матеріалу;
· Провести роботу з розвитку мовлення учнів.
Зміст етапу.
Закріпити знання учнями способів і засобів досягнення результату. Учитель, ставлячи питання учням, домагається від них правильних і повних відповідей, демонструє послідовне виконання завдання та аналізує помилкові варіанти виконання дій.
Умови досягнення позитивних результатів навчання:
· Використання питань, що вимагають розумової активності учнів;
· Демонстрація вчителем формального виконання команд;
· Залучення всього класу до відповіді учня для доповнення, уточнення і виправлення;
· Визначення глибини і прогалин в розумінні матеріалу.
Показники виконання завдань етапу:
· Демонстрація учнями міцних і усвідомлених знань;
· Вміння впізнавати і співвідносити конкретні дії з правилами та ідеями;
· Вміння чітко формулювати свої думки;
· Вміння виділяти основні етапи виконання завдання.
Роз'яснення завдань для самостійної роботи
Завдання етапу: Організувати і зробити доцільною самостійну пізнавальну діяльність учнів за комп'ютерами.
Зміст етапу.
Формулювання і коментування завдання для самостійної роботи учнів, постановка перед ними проблеми. Мотивування учнів на швидку і якісну роботу. Повідомлення критеріїв, за якими буде оцінюватися самостійна робота учнів. Вказівка на додаткові можливості роботи з даною програмою.
Умови досягнення позитивних результатів навчання:
· Систематичне проведення інструктажу з виконання самостійних завдань;
· Забезпечення уваги всього класу;
· Завдання для самостійної роботи має бути зрозуміло кожному;
Показники виконання завдань етапу:
· Активність і самостійність учнів при виконанні роботи з програмою;
· Раціональна організація учнями своєї пізнавальної діяльності.
Перш ніж перейти до самостійної роботи учнів з програмою, доцільно організувати їх синхронну роботу.
Синхронна робота учнів на комп'ютері
Завдання етапу:
· Закріпити знання учнів;
· Перевірити засвоєння операційних операціональних умінь;
· Підготувати учнів до самостійної роботи на комп'ютері.
Зміст етапу.
Закріпити знання учнями способів і засобів досягнення результату. Виконання серії завдань. Контроль і коректування виконання дій різними способами.
Умови досягнення позитивних результатів навчання:
· Використання серії однотипних завдань, виконання яких нетривало в часі і спрямоване на виявлення особливо значущих знань і умінь для подальшої самостійної діяльності учнів;
· Раціональне місцезнаходження вчителя для того, щоб одночасно бачити і контролювати дії всіх учнів;
· Забезпечення синхронності дій учнів;
Показники виконання завдань етапу:
· Досить високий темп роботи учнів на комп'ютерах;
· Виконання кожним учням хоча б одного з послідовно запропонованих однотипних завдань;
· Активна робота всіх учнів класу [20].
В.Н. Лихачов зазначає, що створення інтерактивних комп'ютерних моделей - процес дуже складний і трудомісткий, тому що, необхідно дотримуватися ряду правил і робити опору на певні принципи. Він також зазначає, що якість створених на сьогоднішній день моделюючих програм невисока, у зв'язку зі слабко вивченої структурою і погано розробленої методичною базою.
Виділені нами елементи уроку, на якому використовуються програми навчального призначення, що містять у своєму складі комп'ютерні моделі, можуть мати різну тривалість, різноманітне поєднання і взаємодію між собою. Не слід обмежуватися тільки однією послідовністю структурних елементів на уроці. Постійна схема уроку стримує творчість вчителя. Тому необхідно йти від шаблонності в проведенні уроків. Наприклад, урок можна почати з самостійної роботи на комп'ютерах, яка буде спрямована на вирішення проблемної ситуації, а потім вже проводити фронтальну роботу з використанням демонстраційного комп'ютера.

1.4 Комп'ютерні моделі в навчанні хімії

1.4.1 Хімічні моделі

Крім спостереження і експерименту в пізнанні природного світу і хімії велику роль відіграє моделювання. Одна з головних цілей спостереження - пошук закономірностей в результатах експериментів. Однак деякі спостереження незручно або неможливо проводити безпосередньо в природі. Природне середовище відтворюють в лабораторних умовах за допомогою спеціальних приладів, установок, предметів, тобто, моделей. У моделях копіюються тільки найважливіші ознаки та властивості об'єкта і опускаються несуттєві для вивчення. Так в хімії моделі умовно можна розділити на дві групи: матеріальні і знакові [4].

Моделі хімічних і промислових апаратів

SHAPE \ * MERGEFORMAT

Хімічні моделі

Матеріальні

Знакові

Моделі атома

Моделі молекул

Моделі кристалів

Символи елементів

Формули речовин

Рівняння реакцій і т.д.

Матеріальні моделі атомів, молекул, кристалів, хімічних виробництв хіміки використовують для більшої наочності.
Найбільш поширеним зображенням атома є модель, що нагадує будову Сонячної системи.
Для моделювання молекул речовин часто використовують шаростержневие моделі. Моделі цього типу збирають з кольорових кульок, що позначають входять до складу молекули атоми. Кульки содіняют стрижнями, що символізують хімічні зв'язки. За допомогою шаростержневих моделей досить точно відтворюються валентні кути в молекулі, але меж'ядерние відстані відображаються лише приблизно, оскільки довжини стрижнів, що з'єднують кульки, не пропорційні довжинам зв'язків.
Моделі Дредінга досить точно передають валентні кути і співвідношення довжин зв'язків у молекулах. Ядра атомів у них, на відміну від шаростержневих моделей, позначаються не кульками, а точками з'єднання стрижнів.
Напівсферичні моделі, звані також моделями Стюарта - Бріглеба, збирають з куль зі зрізаними сегментами. Моделі атомів з'єднують між собою площинами зрізів за допомогою кнопок. Напівсферичні моделі точно передають як співвідношення довжин зв'язків і валентних кутів, так і заповненість меж'ядерного простору в молекулах. Однак ця заповненість не завжди дозволяє отримати наочне уявлення про взаємне розташування ядер [25].
Моделі кристалів нагадують шаростержневие моделі молекул, проте зображують не окремі молекули речовини, а показують взаємне розташування частинок речовини в кристалічному стані.
Однак частіше хіміки користуються не матеріальними, а знаковими моделями - це хімічні символи, хімічні формули, рівняння хімічних реакцій. За допомогою символів хімічних елементів та індексів записуються формули речовин. Індекс показує, скільки атомів даного елемента входить до складу молекули речовини. Він записується праворуч від знака хімічного елемента.
Хімічна формула - основна знакова модель в хімії. Вона показує: конкретну речовину; одну частинку цієї речовини; якісний склад речовини, тобто, атоми яких елементів входять до складу даної речовини; кількісний склад, тобто, скільки атомів кожного елементу входить до складу молекули речовини [4].
Всі вищенаведені моделі широко використовуються при створенні інтерактивних комп'ютерних моделей.

1.4.2 Класифікація комп'ютерних моделей

Серед різних типів педагогічних програмних засобів особливо виділяють ті, в яких використовуються комп'ютерні моделі. Застосування комп'ютерних моделей дозволяє не тільки підвищити наочність процесу навчання й інтенсифікувати його, але й кардинально змінити цей процес. В останні роки вдосконалення комп'ютерів проходить бурхливими темпами, і їхні можливості для моделювання стали практично безмежними, тому значення комп'ютерних моделей при вивченні шкільних дисциплін може істотно зрости. Е.Є. Ніфантьев, А.К. Ахлебінін, В.М. Лихачов відзначають, що основна перевага комп'ютерних моделей - можливість моделювання практично будь-яких процесів і явищ, інтерактивної взаємодії користувача з моделлю, а також здійснення проблемного, дослідницького підходів у процесі навчання [23].
В. Н. Лихачов пропонує класифікувати навчальні комп'ютерні моделі по ряду критеріїв, основними серед яких є наявність анімації при відображенні моделі, спосіб управління, спосіб візуального відображення моделі. За наявності анімації УКМ можуть бути динамічними і статичними. Динамічні містять анімаційні фрагменти для відображення модельованих об'єктів і процесів, в статичних вони відсутні. За способом управління УКМ можуть бути керовані, які дозволяють змінювати параметри моделі, і некеровані, які такої можливості не надають.
SHAPE \ * MERGEFORMAT

Навчальні комп'ютерні моделі

УКМ з наявністю анімації

УКМ за способом управління

динамічні

статичні

керовані

некеровані

інтерактивні

Неінтерактивні

УКМ за способом візуального відображення

Серед демонстраційних (некерованих) моделей можна виділити ще дві групи по можливості взаємодії з користувачем: інтерактивні і неінтерактивний. Інтерактивні дозволяють змінювати вигляд відображення моделі або точку спостереження на модель, не змінюючи при цьому її параметрів. Неінтерактивні таких можливостей не надають [21].
Е.Є. Ніфантьев, А.К. Ахлебінін і В.М. Лихачов вважають найбільш корисною з методичної точки зору класифікацію за моделюючому об'єкту. За рівнем експонованих об'єктів моделі, використовувані у викладанні хімії, можна розділити на дві групи: моделі макросвіту, які відображають зовнішні властивості модельованих об'єктів і їхня зміна і моделі мікросвіту, які відображають будова об'єктів і які у них зміни на рівні їх атомно-молекулярного представлення. А моделі таких об'єктів, як хімічні речовини, хімічні реакції і фізико - хімічні процеси, можуть бути створені як на рівні мікросвіту, так і на рівні макросвіту [23].
SHAPE \ * MERGEFORMAT

Комп'ютерні моделі

Моделі мікросвіту

Моделі макросвіту

Речовини

Хімічні реакції

Фізико - хімічні процеси

Атоми

Молекули

Хімічні прилади

Лабораторні роботи

Хімічні виробництва

Класифікацію УКМ можна представити у вигляді схеми для більшої наочності.

1.4.3 Комп'ютерні моделі мікросвіту

Об'єктами для моделювання на рівні мікросвіту є атоми, іони, молекули, кристалічні решітки, структурні елементи атомів. На рівні мікросвіту моделюються особливості будови речовини, взаємодії частинок, з яких складається речовина. Для моделювання хімічних реакцій на рівні мікросвіту великий інтерес представляють механізми перебігу хімічних процесів. А в моделях фізико-хімічних процесів розглядаються процеси, що відбуваються на електронному або атомно-молекулярному рівні.
Зрозуміло, що УКМ, що моделюють моделі мікросвіту, стають відмінними помічниками при вивченні будівлі атомів, типів хімічного зв'язку, будівлі речовини і т.д. [23].
Моделі атомів 1 - 3 періодів періодичної таблиці Менделєєва реалізовані в програмі «1С: Репетитор. Хімія »у вигляді моделей атома Бора. Більш сучасні уявлення про будову атома реалізовані в програмі ChemLand, де розглядається розподіл електронів по енергетичним подуровням атомів елементів і вигляд окремих орбіталей на різних енергетичних рівнях.
Особливий інтерес представляє програма HyperChem. Вона являє собою одну з основних професійних програм для теоретичного розрахунку різних термодинамічних та електронних параметрів молекул. З її допомогою виявляється можливим будувати просторові моделі різних сполук, вивчати особливості їх геометричної будови, визначати форму і енергію молекулярних орбіталей, характер розподілу електронної щільності, дипольний момент і т. д. Всі вихідні дані надаються у вигляді кольорових малюнків, які потім можна роздрукувати на принтері, отримуючи якісне зображення хімічних сполук в необхідних ракурсах і проекціях. Перевагою програми є можливість розглянути молекулу з різних сторін, ознайомитися з особливостями її просторового будови. Це є надзвичайно важливим, оскільки, як показує практика викладання, в учнів зазвичай не формується уявлення про молекули як про просторові структурах. Традиційне зображення хімічних речовин в одній площині призводить до втрати цілого виміру і не стимулює розвитку просторової уяви [13].
У мультимедійному курсі «Хімія для всіх» використовується програма - стереодемонстратор молекул. Вона дозволяє надавати об'ємні зображення молекул, що складаються з атомів водню, кисню, вуглецю і азоту. Для демонстрації використовують каркасні моделі молекул. Моделі можна переміщати, повертати, демонструвати одночасно зображення декількох різних молекул. Програма дозволяє створювати нові моделі молекул самостійно. Всього наведені моделі 25 органічних молекул, проте дидактична цінність цих моделей невелика, так як надані моделі досить простих сполук, які кожен школяр зможе зібрати, використовуючи пластилін та сірники.
Демонстраційні орбітально-лопатеві тривимірні моделі деяких молекул реалізовані в програмі «Метод валентних зв'язків: гібридизація атомних орбіталей». А в програмі «Природа хімічного зв'язку» пояснюються причини виникнення хімічного зв'язку на прикладі утворення молекули водню з атомів. Обидві вказані програми входять у комплект навчальних програм «Хімія для всіх - 2000».
Інтерактивні демонстраційні каркасні моделі використовуються в програмах ChemLand - 115 молекул переважно органічних сполук, та «Хімія для всіх». У цих двох програм є свої плюси і мінуси: у програмі «Хімія для всіх» моделі можна демонструвати на повний екран монітора, а в програмі ChemLand такої функції немає, проте, в програмі представлена велика кількість молекул. У програмі ChemLand використовуються динамічні моделі, що демонструють просторову будову молекул з можливістю вимірювання валентних кутів і довжин зв'язків, що дозволяє простежити зміну полярності трикутної молекули в залежності від типу атомів.
При вивченні будови молекул і кристалів можуть бути корисні програми, більше призначені для дослідницьких цілей. Це, наприклад, програма CS Chem3D Pro, яка дозволяє створювати, змінювати і відображати тривимірну структуру різних молекул. Також корисна програма Crystal Designer, яка призначена для візуалізації тривимірної структури кристалічної решітки. Ці програми можуть бути корисні при створенні тривимірних зображень молекул і кристалів і для їх демонстрації на уроках за допомогою комп'ютера.
Програма «Збери молекулу», хоча і поступається за своїми можливостями вищеназваним програмами, може ефективно використовуватися при індивідуальній роботі школярів.
Моделі фізико - хімічних процесів і механізмів реалізовані в програмі «Хімія для всіх». Тут продемонстровані Неінтерактивні моделі за темою «Електролітична дисоціація»: дисоціація солей, кислот, лугів, гідроліз солей. У цій же програмі реалізовані деякі моделі механізмів органічних реакцій: бромування алканів, етерифікація, загальний механізм реакцій полімеризації і т.д. Всі моделі механізмів реакцій Неінтерактивні, демонструються на повний екран, мають звуковий супровід, проте відсутня текстовий опис явищ, що відбуваються, що істотно обмежує використання програми.
В онлайновій версії інтерактивного підручника для середньої школи з органічної хімії для X - XI класів під редакцією Г. І. Дерябін, А. В. Соловова представлені обмінний і донорно-акцепторні механізми утворення ковалентного зв'язку, гомолитического і гетеролітичних механізми розриву ковалентного зв'язку на прикладі відриву атома водню від молекули метану, процес sp - гібридизації. Великий інтерес представляють інтерактивні тривимірні демонстраційні моделі органічних молекул і механізмів хімічних реакцій: хлорування метану і загальний механізм нуклеофільного заміщення. Дуже важливо, що при роботі з моделями можна змінювати їх положення в просторі, а для механізму реакції - змінювати положення точки спостереження.
Ще одна програма, що демонструє механізми хімічних реакцій, програма Organic Reaction Animations. Вона містить 34 механізму органічних реакцій. Причому, кожен механізм представлений у вигляді чотирьох варіантів молекулярних моделей: шаростержневой, об'ємної і двох варіантів орбітально-лопатевих моделей. Один з варіантів орбітально-лопатевих моделей демонструє зміну в ході реакції зовнішніх орбіталей субстрату, а інший - реагенту. Це полегшує спостереження за зміною зовнішніх орбіталей реагентів в ході реакції. При необхідності можна скористатися теоретичним матеріалом [13] [23].

1.4.4 Структура і зміст комп'ютерних моделей у ЕІ

Проаналізувавши структуру комп'ютерних моделей в електронних виданнях провідних розробників Росії можна сказати, що в більшості електронних видань з хімії використовуються керовані та інтерактивні комп'ютерні моделі.
Використання табличного формату пред'явлення інформації дозволяє надати матеріал в компактній формі і наочно показують зв'язки між різними поняттями.
Використання слухового каналу сприйняття інформації одночасно з зоровим значно підвищують продуктивність навчання.
Ретельна згрупування і структурування інформації зумовлюють чітке і швидке засвоєння.
Білий або темно - синій фон найбільш добре сприймаються при вивченні матеріалу.
Технічна допомога дозволяє здійснювати адекватні дії при роботі з програмою, адже не кожен учень вміє правильно користуватися клавіатурою та мишею.
Зміна візуалізації моделі дозволяє правильно й адекватно оцінити і вивчити модель. У деяких програмах реалізовані об'ємні, шаростержневие, каркасні моделі, а також моделі Дредінга.
Змінюючи розмір і віддаленість моделі, можна розглянути її в різних площинах, це підвищує наочність у навчанні.
Редакція режим розгляду моделі обов'язково має бути присутнім при вивченні модельованого об'єкта.

Функції пошуку

Електронне видання	Типи мод- ялин	Формат	Слуховий канал (Озвучка)	Сгруп бенкетів-анность	Техніч-чна допомогу	Функ-ція пошуку	раз-мер	Візу- лізації	Повно- екран-ний режим
Хімія для всіх - XXI. Самовчитель. Рішення задач	Не- інте- Ракта вние	Табличний	є	є	немає	є	немає	немає	є
1С: Школа. Хімія, 8 клас	Інте- Ракта вние	Табличний	немає	є	немає	є	є	є	немає
Хімія для всіх - XXI: 9 клас.	інте- Ракта вние	Табличний	немає	є	немає	є	є	є	немає
1с Репетитор. Хімія (1.0а)	Не- інте- Ракта вние	Табличний	є	є	немає	немає	немає	немає	немає
Хімія 8-11 клас. Віртуальна лабораторія.	Інте- Ракта вние	Табличний	немає	немає	є	немає	є	є	є

Можна зробити висновок, що в даний час є велика кількість вітчизняних і зарубіжних програмних засобів навчального призначення для вивчення хімії, що містять у своєму складі різні типи навчальних комп'ютерних моделей, однак є ряд протиріч, що стримують використання навчальних комп'ютерних моделей при вивченні шкільного курсу хімії:
· Між потребою практичного застосування хімічних комп'ютерних моделей і недостатньо розробленою методикою їх використання у складі різних типів програмних засобів навчання;
· Між необхідністю розробки методики використання хімічних навчальних комп'ютерних моделей і мало дослідженими особливостями змісту та функціональними можливостями хімічних УКМ;
· Між потребою виявлення специфіки змісту, визначення функціональних можливостей хімічних УКМ і недостатньою увагою, яку приділяють вивченню цих аспектів.

Глава 2 Структура та компоненти інтерактивного завдання з використанням комп'ютерних моделей для вивчення теми «Хімічний зв'язок і метод ВС»

2.1 Формулювання інтерактивного завдання

Інтерактивної комп'ютерна модель має містити тільки найважливіші ознаки та властивості досліджуваного об'єкта, причому зміст це має бути оптимальним. При створенні інтерактивних комп'ютерних моделей зазвичай ставиться завдання торкнутися основне, головне, що учні повинні знати і вміти в результаті навчання. Робота з ІКМ дозволяє розвивати мислення теоретичного типу, оскільки її можна виготовити таким чином, щоб вона поєднала в собі зовнішні особливості досліджуваного об'єкта і його внутрішню структуру і зв'язку, причому у взаємодії. Тим самим форма знань про об'єкти виявляється носієм змісту знань.
Принципи побудови інтерактивних комп'ютерних моделей.
5) Робота з ІКМ має передбачати побудову знання, а не його засвоєння. ІКМ не ілюстрація теоретичного матеріалу, а знаряддя його формування.
6) ІКМ має поєднувати наочність, опис і поняття, логіку. Тобто вона повинна бути не зовнішнім відображенням досліджуваного явища, а його образним уявленням. Причому вона повинна бути простроено таким чином, щоб учні опановували знаннями про взаємозв'язок явищ, що становлять цілісну систему; давати знання про внутрішні, істотних залежностях, які безпосередньо спостерігати неможливо. Домогтися цього можна відображенням невидимих (векторів сил, швидкостей, поля, енергія і.т.п) і прихованих (внутрішні частини механізмів наприклад) елементів у взаємозв'язку.
7) Робота з ІКМ повинна передбачати активну роботу учнів, оскільки вона у навчанні дозволяє швидше і успішніше освоювати досвід, формує ставлення до досліджуваної діяльності.
8) У роботі з ІКМ передбачається робота над розвитком базових розумових операцій: узагальнення, обмеження, визначення, і порівняння понять, логічних відносин між ними, виділення істотних ознак предметів [19].
9) При моделюванні об'єктів і явищ повинні зберігатися загальноприйняті позначення та термінологія;
10) Програма повинна мати довідковий режим, що містить визначення всіх визначення всіх використовуваних об'єктів і відносин;
11) Програма повинна мати довідковий режим, що описує правила роботи;
12) Мають бути витримані стандартні вимоги до інтерфейсу [9].
Принципи відбору змісту інтерактивних комп'ютерних моделей
1) Значимість матеріалу: необхідні теоретичні відомості повинні бути сформульовані максимально коротко, кількість інформації не повинен перевищувати норм, визначених психолого-педагогічними та гігієнічними вимогами;
2) Наукова достовірність: У ІКМ включається тільки той зміст навчальної дисципліни, яка визнана об'єктивно істинним;
3) гуманістічность навчання: створення максимально сприятливих умов для оволодіння учнями матеріалу, надання їм широких можливостей для всебічного розвитку [29];
4) Стислість і стислість викладу, максимальна інформативність тексту;
5) Відсутність нагромадження, чіткий порядок у всьому; ретельна згрупування інформації;
6) Органічність: графіка повинна органічно доповнювати текст;
7) Принцип стадійності: детальна та інтегральна інформація може розділятися у просторі та часі;
8) Чіткість, ясність, лаконічність у розробці інструкцій по виконанню завдань [14];
9) Відповідність змісту ІКМ рівню сучасного стану науки: передбачає, що ІКМ повинні бути адекватні сучасним освітнім моделями. Висока інформаційна ємність не повинна йти на шкоду сприйняттю і засвоєнню навчальної інформації.
10) Принцип неантагонічності: створювані ІКМ важливо широко впроваджувати в освітній процес, цим може бути досягнутий необхідний педагогічний ефект; [29]
Для організації процесу навчання необхідно використовувати комп'ютерні моделі, що передбачають активну взаємодію з учнями.
Основною метою застосування навчальних комп'ютерних моделей є наочне уявлення істотних властивостей досліджуваних процесів і явищ. Тому для організації структури та визначення функціональних можливостей навчальних комп'ютерних моделей можна застосувати ідеї про використання наочності в навчанні. Застосування навчальних комп'ютерних моделей надає вчителю широкі можливості варіювання методів застосування навчальних комп'ютерних моделей у процесі навчання в залежності від цілей і завдань уроку, ступеня підготовленості учнів, наявності навчального часу. Реалізація можливості функціонування керованих УКМ в демонстраційному режимі дозволяє їх використовувати не тільки при індивідуальній роботі учнів, а й при фронтальній.
За великим рахунком створене нами інтерактивне завдання можна вважати інформаційно - моделюючим модулем (ІММ). Велике значення для сприйняття інформації має розташування елементів, що входять до складу ІММ. В.Н. Лихачов зазначає, що найбільш раціональне використання візуального простору досягається при відображенні елементів ІММ у трьох вікнах [21]. Тому, розробляючи інтерактивне завдання, ми грунтувалися на цьому положенні (РІС 1, додаток):
У першому вікні містяться елементи, які допомагають користувачеві приступити до виконання даного інтерактивного завдання та елементи, необхідні для вирішення цього завдання:
Теорія. Зрозуміло, що перш ніж почати виконання даного завдання потрібно вивчити теоретичний матеріал. Тут учень може продовжити вивчення теми «Ковалентний зв'язок», тобто, розглянути властивості ковалентного зв'язку, механізми утворення ковалентного зв'язку, більш докладно ознайомитися з методом валентних Систем і ін У програмі використовується гіпертекст і моделювання процесів утворення зв'язку.
Складність. Як і в більшості такого роду програм складність надаються завдань різна. У цій програмі містяться завдання як для учнів з базовим рівнем знань, так і для учнів більш високого рівня. Завдання розміщені строго по сходах зростання складності. Приступити до вирішення задач рівня «складно» можна у тому випадку, якщо учень вирішить завдання рівнів «середньо» і «легко». Рівні «середньо» і «легко» обираються безпосередньо, тому в учня є вибір з якого з цих рівнів почати.
Молекули. Залежно від рівня складності учневі дають вибір молекул речовин, які він буде моделювати. На рівні «легко» йому належить змоделювати будову молекул водню, фтору, хлороводню. На рівні «середньо» молекули хлориду берилію, фториду бору, метилхлориду.
На рівні «складно» молекули азоту, етилену, вуглекислого газу.
Орбіталі. Для моделювання будови молекул наведених речовин потрібно набір орбіталей, з яких учень повинен буде збирати молекули. Програма дозволяє переносити орбіталі, складаючи з них моделі молекули.
У другому вікні учень із запропонованих йому орбіталей буде будувати моделі атомів. Вікно розділене на частини, в залежності від числа атомів, тобто, у разі водню на дві частини, а в разі метилхлориду вже на три. Як показано на малюнку вибрані орбіталі потрібно перенести в ці частини другого вікна, які відповідають певним атомам.
У третьому вікні із зібраних моделей атомів будується молекула, яка виступає як інтерактивна комп'ютерна модель.
До складу завдань з використанням інтерактивних комп'ютерних моделей можуть входити різні за ступенем спільності завдання, тобто, конкретні, приватні, фундаментальні, предметні та ін
Можна виділити основні вимоги до навчальних завдань:
1. Навчальні завдання повинні забезпечити засвоєння повної системи засобів, необхідних і доступних для успішного здійснення всіх видів навчальної діяльності.
2. Конструюватися повинна не одна окрема завдання, а система завдань.
3. Система завдань повинна забезпечувати досягнення не тільки найближчих навчальних цілей, а й віддалених.
4. Навчальні завдання повинні конструюватися так, щоб відповідні кошти діяльності виступали як прямий продукт навчання.
Поряд з розумовими завданнями слід застосовувати мнемонічні (на запам'ятовування), маженатівние (на уяву) і перцептивні (на сприйняття).
У даному інтерактивному компоненті реалізовані маженатівние і перцептивні завдання.

2.2 Підказка як спосіб активації розумової діяльності

Підказка - це свого роду нагадування, яке призведе до вирішення конкретного завдання, частині інтерактивного діалогу. Її мета - дати учневі згадувати про раніше вивченому факт, закономірності і.т.д., успішно відповісти на поставлене питання, вирішити завдання. Головна відмінність підказки від інших видів допомоги - спрямованість на вирішення конкретної проблеми і стислість.
Підказки можна класифікувати за різними ознаками.
За джерела:
ü Учень (Підказка учня - це вираження певних мотивів поведінки учня: допомогти товаришеві, показати свої знання вчителю, звернути на себе увагу. Сам факт підказки свідчить про активну роботу учнів на уроці);
ü Учитель (Підказка вчителя - це форма спілкування вчителя з учнями, що допомагає спрямувати увагу і думки учня на пошук правильної відповіді на поставлене питання);
ü Література (Підказки часто зустрічаються в різних підручниках, робочих зошитах, довідниках, таблицях. Більшість підказок у них орієнтують, спрямовані на те, щоб учень подивився малюнок, таблицю і т. д.);
ü Комп'ютер (Будь-яка сучасна комп'ютерна програма оснащена системою допомоги, яка дасть можливість працювати з нею будь-якій людині, трохи знайомому з комп'ютером).
За достовірності:
ü Справжня підказка (містить пряму чи опосередковану інформацію про предмет);
ü Хибна підказка (не містить правильної інформації, що відноситься до предмету).
За способом пред'явлення:
ü Словесна підказка (підказка з використанням мови);
ü Письмова підказка (підказка в письмовому вигляді у формі записки або тексту на екрані комп'ютера);
ü Графічна підказка (підказка у вигляді малюнків, схем, графіків, таблиць, опорних сигналів, відеофрагментів);
ü жестікулярние підказка (підказка з використанням жестів);
ü Комбінована підказка (підказка з використанням тексту, мови і графіки).
За характером:
ü Пряма підказка (містить конкретну інформацію);
ü Пасивна підказка (є конкретною відповіддю на поставлене запитання, розумова діяльність учня в даному випадку практично відсутня);
ü Активна підказка (несе конкретну інформацію про предмет, але вимагає від учня активної розумової діяльності);
ü Непряма підказка (не включає безпосередньої інформації про відповідь; містить методичні рекомендації про спосіб знаходження відповіді, про факти, необхідних для вирішення, про джерела отримання необхідної інформації):
1. Фактологічна підказка - містить інформацію про конкретні факти або певних властивостях, потрібних для формулювання правильної відповіді;
2. Орієнтує підказка - повідомляє учневі, де можна взяти відсутню для вирішення тієї або іншої задачі інформацію;
3. Теоретична підказка - несе інформацію про правила, теоретичних положеннях, знання яких необхідно для вирішення конкретного питання;
4. Логічна підказка - система навідних запитань і умовиводів, що підводить учня до вирішення конкретної задачі [2].
У цьому інтерактивному компоненті підказки оловний чином справжні, за способом пред'явлення реалізовані у формі тексту на екрані комп'ютера, підказки несуть конкретну інформацію про предмет, містять інформацію про конкретні властивості, потрібних для формулювання правильної відповіді, проте підказки вимагають від учня активної розумової діяльності.

2.3 Технічна допомога

Не завжди учень, знаючи правильну відповідь, може ввести його в комп'ютер. Щоб таких ситуацій не було, існує технічна допомога. Їй учень зможе скористатися, працюючи з даною програмою.
Тому важливо привести наочний приклад, як користуватися даною програмою: для цього розроблена анімація із звуковим супроводом. Крім того, після перегляду анімації, з правилами роботи можна ознайомитися і за допомогою текстового супроводу (описується те ж, що озвучується в анімації).
Розглядається побудова моделі молекули водню: «Для успішного вирішення завдань даної програми ознайомтеся з теоретичним матеріалом, натиснувши для цього клавішу« Теорія ». Тепер виберіть складність завдань, натиснувши на клавішу «Складність». Зверніть увагу, що при натисканні на «Складність» з'являється посилання з вибором рівня, для вибору потрібного рівня просто наведіть на нього курсор і натисніть ліву клавішу миші. Закінчивши з цим, приступайте до вибору молекул речовин: для цього натисніть на клавішу «Молекули» і Проробіть аналогічні операції, як описувалося вище. Зауважте, що після вибору молекули речовини, вона розпадається на атоми в колонці «Атоми», тому Вам спочатку потрібно визначити будову атомів, а за тим відповідно молекул. Для цього натисніть клавішу «Орбітал». У колонці «Орбітал» з'являється перелік орбіталей, з яких вам належить вибрати потрібні. Так при вирішенні першого завдання, тобто, побудова молекули водню, Вам потрібно перенести по одній 1s ¹ - орбіталі в колонки «Будова атомів» напроти потрібного атома. Для цього наведіть курсор на потрібну орбіталь і натисніть ліву кнопку миші, а потім перенесіть її в колонку «Будова атомів». І тепер щоб з атомів водню створити молекулу водню потрібно перенести «створені» атоми з колонки «Будова атомів» в колонку «будову молекули» і правильно з'єднати атоми. Тепер натисніть відповідь ». В анімації відображені правильний хід дій учня при вирішенні поставленої задачі, тобто, те саме, що написано в тексті, але анімоване і показано на екрані як відеофрагмент із звуковим супроводом з тексту.
Таким чином, технічна допомога створена для того, щоб учень міг навчитися працювати з програмою.

2.4 Візуалізації

Цю функцію мають практично всі інтерактивні комп'ютерні моделі. Побудувавши молекулу якого-небудь речовини, користувач зможе змінювати вид відображення моделі або точку спостереження на модель, розміри моделі, а також використовувати для розгляду моделі шаростержневие, каркасні, об'ємні моделі, а також моделі Дредінга.

2.5 Відповідь

Відповідь - висловлювання, повідомлення, викликане питанням; результат рішення математичної задачі. [Відповідь / / С.І. Ожегов. Словник російської мови: М.: Рус.яз., 1986. - 797с.]
Відповіді можуть бути вірними, практично вірними, невірними і практично невірними. У даній програмі реалізовані лише вірні і невірні відповіді на поставлені питання.
Відповіді вводяться за допомогою натиснення на клавішу «ВІДПОВІДЬ», а тому що, у даному інтерактивному завданні реалізована маженатівная система завдань, то відповіді представлені у вигляді побудованих моделей молекул. У випадку утруднення при відповіді на поставлені питання учень може скористатися теоретичним матеріалом, підказкою та ін
При вирішенні завдання учнем, виникає певна реакція на відповідь з боку комп'ютера. Якщо відповідь правильна, то на моніторі з'являється салют і виникає фраза «Молодець». Якщо ж відповідь неправильна, то звучить вибух, і побудована модель молекули розпадається, і учневі пропонується наново виконати операцію побудови.

2.6 Взаємодія учнів з інтерактивним завданням

Приступивши до вирішення завдання, користувач або знає, як його вирішити, або ні, тобто, в першому випадку учень вірно вводить відповідь і приступає до наступного завдання, по-друге, учень вводить невірна відповідь, він теж може приступити до розв'язання наступного завдання, однак тільки в режимі «легко» і «середньо», в режим «складно» він може потрапити, якщо правильно прорешает всі завдання в режимах «легко» і «середньо».
Можливо, учень, побачивши завдання в перший раз, не може у його вирішенні. При цьому він може скористатися технічною допомогою. Якщо ж учень не може відповісти на поставлене перед ним завдання, він може скористатися довідковим матеріалом, натиснувши на клавішу «теорія».

Глава III Можливості використання інтерактивних комп'ютерних моделей мікросвіту на уроках хімії

3.1 Методика використання інтерактивної комп'ютерної моделі при вивченні теми «Хімічний зв'язок і метод ВС»

Комп'ютер є засобом підвищення ефективності процесу навчання в школі. Він дає можливість учням самостійно отримувати знання, працюючи в інтерактивному режимі, сприяє розвитку інтелекту, розширює пред'явлення навчальної інформації та набір застосовуваних навчальних завдань, дозволяє змінити якість контролю за діяльністю учнів.
З іншого боку, використання комп'ютера без особливостей дидактичних процесів, недотримання режиму роботи учнів за персональним комп'ютером справляє негативний вплив на навчально - виховний процес.
Самостійну роботу учнів за комп'ютером слід ретельно планувати, обмежуючи її встановленими тимчасовими рамками і не допускаючи марною втрати часу.
У той же час неприпустимою є і фронтальна робота з учнями, які сидять за комп'ютерами, на протязі всього уроку. Це не сприяє розвитку індивідуальних здібностей, тому що, відбувається орієнтація на «середнього» учня. Одночасна робота учнів під керівництвом вчителя доцільна лише протягом короткого проміжку часу з метою адаптації до навчальної програми, зняття психологічного бар'єру, перевірки розуміння досліджуваного матеріалу [27].
Одним із способів підготовки учнів до усвідомленої і раціональної роботи з програмними засобами навчального призначення є використання вчителем демонстраційного комп'ютера. Це дозволить звести роботу учнів за комп'ютерами до розумного мінімуму, ефективно провести пояснення нового матеріалу, сформувати вірні уявлення про досліджуваному об'єкті.
При проведенні уроку з використанням комп'ютера робота вчителя проходить наступні фази:
· Планування уроку (визначається місце уроку в системі занять, час проведення, тип уроку і його приблизна структура);
· Підготовка програмних засобів (підбір моделюючих програм, перевірка);
· Проведення уроку;
· Підведення підсумків.
Елементи уроку, на якому використовуються персональні комп'ютери, можуть мати різну тривалість, різноманітне поєднання і взаємодію між собою, які зумовлені логікою процесу навчання і дають можливість великий варіативності творчо працює вчителю. Не слід обмежуватися тільки однією послідовністю структурних елементів на уроці. Постійна схема уроку стримує творчість вчителя, знижує ефективність навчально - виховного процесу. Тому необхідно йти від шаблонності і рецептурні у проведенні уроків. Все повинно залежати від педагогічно доцільною логіки побудови процесу навчання, від тих цілей, які ставить вчитель на кожному уроці [20].
Комп'ютер може виступати як засіб управління навчальною діяльністю і виконувати навчальну функцію. Наприклад, вчитель при поясненні нового матеріалу може демонструвати які - то об'єкти (хімічні речовини, хімічні досліди, моделі кристалічних граток та ін), умову задачі і т.д. [17].
Розглянемо методику використання розробленої нами інтерактивної комп'ютерної моделі при вивченні теми »Хімічна зв'язок і метод ВС».
У ході діалогу з машиною учень контролює свої теоретичні знання, знайомиться з будовою тієї чи іншої речовини, з деталями структури складної молекули, відповідає на питання, поставлені в програмі.
Дану програму можна використовувати на різних етапах уроку при вивченні теми «Хімічний зв'язок». При поясненні нового матеріалу вчитель, використовуючи медіа - проектор, може підвищити наочність процесу навчання за рахунок демонстрації інтерактивних комп'ютерних моделей: При поясненні принципу утворення хімічного зв'язку за рахунок сил притягання і відштовхування вчитель може показати три інтерактивні моделі утворення хімічного зв'язку між атомами водню; показати інтерактивні моделі електронних хмар, що розрізняються за формою і розмірами, їх просторове розташування, що в умовах дошки та крейди зробити набагато складніше; розповідаючи про обмінний механізм утворення зв'язку, можна привести модель процесу утворення ковалентного зв'язку між атомами фтору. У програмі закладені і неінтерактивний моделі, що демонструють освіта сигма-, пі-, дельта - зв'язків, використання яких може зекономити багато часу при поясненні матеріалу.
Крім теоретичного матеріалу в програмі міститься інтерактивне завдання, за допомогою якого вчитель може провести закріплення знань, отриманих на уроці. В основі завдання лежить побудова моделей молекул запропонованих речовин в інтерактивному режимі. Учневі пред'являється набір віртуальних орбіталей, за допомогою яких він буде будувати інтерактивні моделі молекул. Час роботи учня не обмежена. Якщо учень не може вирішити поставлене завдання, то він завжди може звернутися до теоретичного матеріалу.
Якщо користувач не знає, як працювати з програмою, він може скористатися технічною допомогою, де за допомогою анімації наведено відповідний приклад.
Крім того, дане інтерактивне завдання можна використовувати при перевірці знань в режимах «легко» і «середньо». Приклад такої перевірочної завдання наступний: «Побудувати моделі молекул фтору, хлороводню, фториду бору». Час вирішення перевірочних завдань слід обмежити.
Робота з даною програмою може проводитися і в позаурочний час: на факультативних заняттях, де учням можуть бути запропоновані завдання підвищеного рівня складності; програму можна використовувати для самостійного навчання, тому що всю необхідну інформацію учні можуть знайти самостійно.
Використання компакт - дисків з комп'ютерними навчальними програмами дозволяє не тільки розширити хімічний кругозір учнів, але й вирішити цілий ряд завдань медіаосвіти [17].

3.2 Особливості методики проведення уроків з використанням програм «Хімія (8-11 клас). Віртуальна лабораторія »та« Хімія для всіх XXI: 9 клас »

Використання даних програм в школі може здійснюватися на різних етапах:
1. Підготовка до уроку: Учитель відповідно до програми навчання може здійснити швидкий пошук інформаційного об'єкта; використовувати інформаційний об'єкт як ілюстративний матеріал; скомпонувати потрібні інформаційні об'єкти в необхідній для уроку послідовності.
2. Проведення уроку: Ці програми дозволяють забезпечити інформаційний супровід уроку, що дозволяє використовувати об'єкти наочності у поєднанні з коментарем. З'являється можливість демонструвати набори таких об'єктів в потрібній для проведення уроку послідовності, організовувати дослідницькі види робіт, підвищуючи пізнавальний інтерес учнів.
3. Позаурочна робота: Можливість використання даних програм на факультативних заняттях, організовуючи пошукову та дослідницьку діяльність учнів, пропонуючи вирішити проблемну ситуацію, що підвищує інтерес до досліджуваного предмета.
Дані програми можливо використовувати на різних етапах проведення уроку. Для ефективного проведення уроків у класі потрібно використовувати мультимедійний комп'ютер і цифровий проектор.
На уроках вивчення нового матеріалу можливе використання моделі даних комп'ютерних програм при:
· Створення проблемної ситуації і її вирішенні
· Перевірки висунутої гіпотези [1]
· Пояснювально - ілюстративному підході
· Дослідно-пошуковому підході
Також можливе використання програм на комбінованих уроках та уроках узагальнення і систематизації.
1. Створення проблемної ситуації
Фрагмент уроку.
Учитель дає завдання побудувати за допомогою програми «Хімія (8-11класів). Віртуальна лабораторія »бутен2. Після того як учні закінчили роботу з побудови, у них вийшли дві моделі бутена2 (цис-і транс-ізомери). Учитель запитує, яка з цих молекул правильно побудована, на підставі цього створюється проблемна ситуація, яка дозволяється класом і вчителем спільно.
2. Перевірка висунутої гіпотези
Фрагмент уроку.
Вчитель або учні висувають різні гіпотези на предмет великої різниці в температурах плавлення білого і червоного фосфору. Учитель висуває гіпотезу - «Як ви думаєте, білий фосфор має меншу або більшу температуру плавлення, ніж червоний?» Учні висувають свої варіанти, порівнюючи речовини. Демонстрація моделей програми «Хімія для всіх XXI: 9 клас» будови червоного і білого фосфору виступає в ролі підтвердження або спростування гіпотези. Демонструється структура білого фосфору (молекулярне будова) і демонструється кристалічна решітка червоного фосфору (полімерне будова).
3.Об'яснітельно - ілюстративний підхід
Фрагмент уроку.
Вчитель пояснює новий матеріал і, одночасно, демонструє з допомогою проектора зорові образи для підвищення наочності процесу.
Наприклад, при побудові моделі молекули 4метілпентена1 за допомогою конструктора програми «Віртуальна лабораторія 8-11», вчитель пояснює, як правильно користуватися конструктором молекул, демонструючи при цьому побудова молекули за допомогою проектора.
Включаємо конструктор молекул натискаємо на клавішу «С», а тепер на чорний екран у середині конструктора. На екрані з'являється куля (атом вуглецю), натиснувши на який, з'являється друга куля (атом вуглецю), з'єднаний з першим одинарної зв'язком .... »
4.Ісследовательско - пошуковий підхід
Фрагмент уроку.
Вчитель мотивує учнів до самостійної дослідницької діяльності.
Наприклад, для вирішення проблемної ситуації, що виникла при побудові бутена2, учням пропонується самостійно знайти відповідь на це питання, використовуючи програму «Хімія для всіх XXI: 9 клас», в якій потрібно запустити режим «моделі» і розглянути будову цис-і транс-бутену .
Форми використання навчальних комп'ютерних моделей можна представити у вигляді схеми:

SHAPE \ * MERGEFORMAT

Форма використання навчальних комп'ютерних моделей

Пояснювально - ілюстративний підхід

Дослідницький підхід

Проблемний підхід

Перевірка висунутої гіпотези

3.3 Варіанти уроків із застосуванням комп'ютерних моделей програм «Хімія (8-11класів). Віртуальна лабораторія »та« Хімія для всіх XXI: 9 клас »

3.3.1 Урок: Алкани. Будова, ізомерія

Цілі уроку:

Освітня - вивчити особливості будови алканів, використовуючи комп'ютерну підтримку, а також розглянути особливості ізомерії алканів.
Розвиваюча - продовжити розвиток розумових процесів і логічних операцій.
Виховна - виховання посидючості, наукової допитливості, уважності.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу
Обладнання: Мультимедійний комп'ютер, з використанням відео - проектора.
Хід уроку
1.Вводная частина (Орієнтовно - мотиваційний етап).
На сьогоднішньому уроці ми приступаємо до вивчення вуглеводнів і, зокрема, алканів. Ми розглянемо особливості будови цих вуглеводнів, використовуючи комп'ютерний конструктор молекул, основні правила номенклатури та ізомерію.
2.Изучение нового матеріалу (Операційно - виконавчий етап).
Відкрийте зошити і запишіть тему уроку: Алкани. Будова, ізомерія і номенклатура.
Так що ж таке алкани?
Алкани - вуглеводні, в молекулах яких атоми пов'язується одинарними зв'язками і які відповідають загальній формулі C _n H _{2n +2.}
У молекулах алканів всі атоми вуглецю знаходяться в стані sp ³ - гібридизації. Це означає, що всі чотири гібридні орбіталі атома вуглецю однакові за формою і спрямовані рівносторонній трикутної піраміди - тетраедра. Кути між орбиталями рівні 109,28 ˚. Розглянемо це на прикладі молекули метану. Для цього побудуємо модель молекули за допомогою віртуального конструктора молекул. (Демонстрація побудови за допомогою відео - проектора).
Учитель демонструє побудову молекули, щоб навчити користуватися конструктором.
Побудова моделі молекули метану за допомогою конструктора програми «Віртуальна лабораторія 9-11».
Включаємо конструктор молекул, натискаємо на клавішу «С», а тепер на чорний екран в середині. На екрані з'являється куля (атом вуглецю), а тому, атом вуглецю в молекулі метану пов'язаний з чотирма атомами водню, натискаємо на клавішу «Н», а тепер на атом вуглецю чотири рази, отримуємо молекулу метану.
Продовжуємо натискати на вуглець.
Питання: Чому при подальшому натисненні на атом вуглецю зв'язків з воднем більше не утворюється? (Вуглець не може бути пятивалентной).
Тепер розглянемо вийшла модель з допомогою функції «Візуалізація». Натискаємо на клавішу «візуалізація атомних орбіталей».
Питання: Отже, яку форму має молекула метану? (Тетраедр).
Ви бачите з моделі, що всі орбіталі однакові, а значить мають однакову? (Енергію).
Тепер побудуємо молекулу етану.
Побудова моделі молекули етану за допомогою конструктора програми «Віртуальна лабораторія 9-11».
Також будує і показує вчитель.
Молекулу можна побудувати двома способами:
Натискаємо на клавішу «С» і тепер на чорний екран у середині конструктора. На екрані з'являється куля (атом вуглецю), натискаємо на цю кулю один раз, з'являється другий атом вуглецю, з'єднаний з першим однієї зв'язком. Тепер розставляємо атоми водню: натискаємо на клавішу «Н» і на кожен з атомів вуглецю по три рази.
Однак ми знаємо, що кожен атом вуглецю пов'язаний з трьома атомами водню, тому, натиснувши на «Н» і три рази на атом вуглецю в центрі екрана, отримуємо метильної радикал, до якого приєднуємо такий же, натиснувши на клавішу «С» і на вуглець в центрі, бачимо, що до метил приєднався ще один атом вуглецю, а потім натискаємо на «Н» і три рази на другий атом вуглецю, приєднали три атоми водню.
Молекула побудована.
Зверніть увагу, що етан на відміну від метану містить два атоми вуглецю, з'єднані один з одним одинарної зв'язком. Скористаємося функцією візуалізації, для цього натискаємо клавішу «візуалізація атомних орбіталей». Ви бачите, що перекривання відбувається по осі, що сполучає ядра атомів вуглецю, тобто, це сигма - зв'язку.
Питання: Уважно подивіться на молекулу і скажіть зв'язку С-Н коротше або довше зв'язку С-С? (Коротше).
Тепер самостійно побудуйте молекулу бутану і порівняйте отримані молекули. (Клас працює з комп'ютерами).
Побудова моделі молекули бутану за допомогою конструктора програми «Віртуальна лабораторія 9-11» учнями.
При побудові учні відзначають, що виходять молекули різної форми (у кого-то дугоподібної форми, у кого-то зигзагоподібної). Виникає суперечка у достовірності побудованого ними. Проблемна ситуація.
Питання: Як ви думаєте, чи правильно у вас побудована молекула. Відповідь обгрунтуйте?
Дослідницько - пошуковий підхід: Вчитель: для відповіді на це питання натисніть на клавішу «Візуалізація атомних орбіталей» і прочитайте перший абзац підручника на стор.68. (Навколо одинарної С-С зв'язку можливо практично вільне обертання, і молекули алканів можуть набувати найрізноманітнішу форму). Приходимо до висновку, що молекули побудовані правильно.
Тепер розглянемо особливості ізомерії алканів.
Для алканів характерна структурна ізомерія. Структурні ізомери відрізняються один від одного будовою вуглецевого скелета.
Розглянемо пентан. Для нього характерно два ізомеру: 2метіл бутан.
Запитання: який другий ізомер? (2,2 диметил пропан).
Розглянемо правила номенклатури алканів: Приклад: 224тріметіл пентан записуємо на дошці.
1. Спочатку визначаємо головну ланцюг - найдовша ланцюжок атомів вуглецю в молекулі. (Підряд перші п'ять атомів).
2. Нумеруємо головну ланцюг, нумерацію починаємо з того кінця, до якого ближче заступник. Старшинство вуглеводневих заступників визначається по тому, в якому порядку слід в алфавіті буква, з якої починається їхня назва: метил старше, ніж пропив і відповідно чим етил.
3. Формування назви. На початку назви вказуємо цифри - номери атомів вуглецю, при яких знаходяться заступники (224). Після номера через дефіс вказуємо кількість заступників (в даному випадку - три) і назва заступників (метил). Головний ланцюг називається як вуглеводень - член гомологічного ряду метану (пентан).
3.Закрепленіе (рефлексивно - оціночний етап)
Назвіть речовину (23діметілбутан - записано на дошці) і приведіть приклад його ізомеру.
4.Домашнее завдання: Пар № 11, упр.2

3.3.2 Урок: Алкени. Будова, ізомерія і номенклатура

Алкени. Будова, ізомерія і номенклатура.
Цілі уроку:
1. Освітня - Розглянути основні види ізомерії і номенклатуру алкенів, виявити особливості будови цих вуглеводнів, використовуючи в роботі програми «Хімія (8-11 клас). Віртуальна лабораторія », Хімія XXI століття: 9 клас».
2. Розвиваюча - продовжити розвиток розумових процесів і логічних операцій.
3. Виховна - виховання уважності, посидючості, наукової допитливості.
Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу
Обладнання: Мультимедійний комп'ютер, з використанням відео - проектора.
Хід уроку
1.Вводная частина (Орієнтовно - мотиваційний етап).
Привітання учнів, перевірка домашнього завдання з теми хімічні властивості алканів:
1. Розповісти про способи отримання алканів (біля дошки)
2. Вирішити вправу 5 (б) на дошці.
На сьогоднішньому уроці ми познайомимося з новим для нас класом речовин - неграничними вуглеводнями, зокрема, з алкенами. Розглянемо особливості будови алкенів, особливості ізомерії і номенклатури цих вуглеводнів, використовуючи комп'ютерний конструктор молекул.
2.Изучение нового матеріалу (Операційно - виконавчий етап).
Відкрийте зошити і запишіть тему уроку: Алкени. Будова, ізомерія і номенклатура.
Що ж таке неграничні вуглеводні?
До неграничних вуглеводнів відносять вуглеводні, що містять у молекулах кратні зв'язки між атомами вуглецю. Неграничними є алкени, алкіни, Алкадієни, деякі циклічні сполуки. Сьогодні ми докладно розглянемо алкени.
Що ж таке алкени?
Алкени - ациклічні вуглеводні, що містять в молекулі, крім одинарних зв'язків, одну подвійну зв'язок між атомами вуглецю і відповідні загальною формулою С _n H _2n.
Атоми вуглецю, між якими є подвійний зв'язок, як ви знаєте знаходяться в стані sp ^{2-гібридизації.} Значить у гібридизації беруть участь одна s-і дві р-орбіталі, а одна р-орбіталь залишається негібрідізованной. Перекриття гібридних орбіталей призводить до утворення сигма - зв'язку, а за рахунок негібрідізованних р-орбіталей сусідніх атомів вуглецю утворюється друга, пі - зв'язок. Слід, що подвійний зв'язок складається з однієї сигма-і однієї пі - зв'язку. Це ми можемо побачити на прикладі молекули 4метілпентена1.
Побудова моделі молекули 4метілпентена1 за допомогою конструктора програми «Віртуальна лабораторія 9-11».
Включаємо конструктор молекул натискаємо на клавішу «С», а тепер на чорний екран у середині конструктора. На екрані з'являється куля (атом вуглецю), натиснувши на який, з'являється друга куля (атом вуглецю), з'єднаний з першим одинарної зв'язком.
Учитель нагадує учням, як користуватися конструктором молекул.
Молекула 4метілпентена1 в основному ланцюзі містить п'ять атомів вуглецю, для цього на кожен наступний атом вуглецю ми натискаємо по одному разу, поки не отримаємо п'ять атомів, з'єднаних одинарними зв'язками. Перший і другий атом з'єднуються подвійним зв'язком, для її введення слід натиснути на клавішу «=» у верхньому правому куті, а потім натиснути на одинарну зв'язок між першим і другим атомами. Тепер вводимо метильної радикал, натискаємо на клавішу «С» і на четвертий атом вуглецю у ланцюзі. Модель молекули побудована.
Тепер розглянемо модель у просторі, використовуючи мишу. За допомогою обертання мишею можна показати розташування моделі в різних площинах. Для більш повного визначення будови молекули розглянемо візуалізації моделі, тобто, штрихову модель молекули, шаростержневую модель молекули, візуалізації атомних орбіталей, візуалізації електронних ефектів (клавіші візуалізації), з їх допомогою ми визначаємо порядок зв'язку і площини розташування зв'язків (особливо добре це показує режим візуалізації атомних орбіталей).
Отже, скажіть як розташовуються гібридні орбіталі, що утворюють подвійний зв'язок, і орбіталі, що утворюють пі - зв'язок? (Гібридні орбіталі знаходяться в одній площині, а орбіталі, що утворюють пі-зв'язок, розташовані перпендикулярно площині молекули).
Побудова моделі молекули бутена2 за допомогою конструктора програми «Віртуальна лабораторія 9-11».
Учитель ділить клас на мінігрупи, які займають місця за комп'ютерами. Кожна мінігрупах (2-3) людини повинна самостійно побудувати молекулу бутена2 і виявити особливості будови цієї молекули.
Побудувавши молекулу, деякі мінігрупи отримали різні результати. Учні повинні відзначити, що виходять молекули з різним розташуванням радикалів навколо подвійного зв'язку (в одних два метильних радикала розташовані по один бік від подвійного зв'язку, в інших по різні). Проблемна ситуація.
Вчитель: Так у кого ж молекула побудована правильно і чому ви так думаєте?
Учні висловлюють свої думки.
Дослідницько - пошуковий підхід: Вчитель: для вирішення даної проблеми запускайте програму «Хімія XXI століття: 9 клас» та натисніть на клавішу «Моделі», «Основи органічної хімії», «Алкени».
Учні відзначають, що дані моделі цис-і транс-бутена2, яку дивитися?
Вчитель: перегляньте обидві моделі і зробіть висновок про побудованих вами моделях бутена2.
Учні роблять висновок, що побудовані ними моделі сходяться з інтерактивними моделями цис-і транс-бутена2. Значить, моделі побудовані правильно в обох випадках.
Учитель: А як ви думаєте цис-і транс-бутен2 відрізняються за властивостями
Для правильної відповіді на це питання прочитайте другий і третій абзаци на стор 84. ? (Обертання навколо подвійного зв'язку неможливо, що призводить до появи у алкенів цис - транс - ізомеризації. Цис - ізомери відрізняються від транс ізомерів просторовим розташуванням фрагментів молекули відносно площини пі - зв'язки, а отже, і властивостями.)
Учитель: Отже, ми з вами впритул підійшли до розгляду ізомерії алкенів, вивчивши один з видів ізомерії, характерних для алкенів, геометричну ізомерію.
Ізомерія
Для алкенів, так само як і для алканів, характерна структурна ізомерія.
Вчитель: Пригадайте, чим відрізняються один від одного структурні ізомери? (Будовою вуглецевого скелета).
Розглянемо цей вид ізомерії на прикладі пентена1. Структурним ізомером є 3метілбутен1. Записуємо речовини на дошці.
А який структурний ізомер має бутен1? (Метілпропен).
Особливим видом структурної ізомерії є ізомерія положення кратному зв'язку: як в 4 метілпентене1 і 4 метілпентене2. Записуємо речовини на дошці.
Наведіть ізомер пропену? (Немає ізомерів по положенню подвійного зв'язку).
Номенклатура
Номенклатура алкенів схожа з номенклатурою алканів. Виділимо загальноприйняті правила:
1.Вибор головного ланцюга
Освіта назви вуглеводню починається з визначення головного ланцюга - самої довжиною ланцюжка атомів вуглецю в молекулі, причому головна ланцюг повинна містити подвійний зв'язок, тобто, в молекулі 5 метілгексена 3 головна ланцюг складається з перших шести атомів вуглецю.
2.Нумерація атомів головного ланцюга
Нумерація атомів головного ланцюга починається з того кінця, до якого ближче розташована подвійний зв'язок. Учитель Розглядає приклад 5метілціклогексен2, речовина записує на дошці, а потім називає його разом з класом.
3.Формірованіе назви
Назви алкенів формуються так само, як і в алканів. У кінці назви вказується номер атома, у якого починається подвійний зв'язок, і суфікс, що означає приналежність з'єднання до класу алкенів, - ен.
Приклад: 3,4 діметілпентен1. Учитель записує речовину на дошці і називає його спільно з класом.
3. Закріплення (рефлексивно - оціночний етап)
1. Намалювати на дошці молекулу 4,5,5 тріметілгексена2?
2. За допомогою конструктора молекул побудувати для молекули 4метілпентена1 ізомер вуглецевого скелета і ізомер положення кратному зв'язку?
3. Домашнє завдання: пар.12, Упр.1

3.3.3 Урок: Фосфор і його сполуки

Цілі уроку:
Освітня - Розглянути особливості фосфору як хімічного елемента, як простої речовини, а також розглянути особливості його отримання і застосування.
Розвиваюча - продовжити розвиток розумових процесів і логічних операцій, тобто, Розвивати в учнів уміння аналізувати матеріал і грамотно висловлювати свої думки.
Виховна - виховання посидючості, наукової допитливості, уважності.
Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу
Обладнання: Комп'ютери. Урок проводиться в панелі класі з використанням відео - проектора.
ХІД УРОКУ
1.Вводная частина (Орієнтовно - мотиваційний етап).
Учитель: На сьогоднішньому уроці ми познайомимося з хімічним елементом п'ятої групи, головною підгрупи, третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, фосфором. Також ми подивимось у вигляді якихось простих речовин існує фосфор, розглянемо їх особливості. Вивчимо особливості його отримання і використання.
2.Изучение нового матеріалу (Операційно - виконавчий етап).
Відкрийте зошити і запишіть тему сьогоднішнього уроку «Фосфор і його сполуки».
1) Розповідь вчителя з елементами бесіди:
· Скажіть де в періодичній таблиці знаходиться фосфор? (Хімічний елемент п'ятої групи, головною підгрупи, третього періоду).
· Які порядковий номер і атомну масу має цей елемент? (Порядковий номер 15, відносна атомна маса 30,974).
· Яка конфігурація зовнішньої електронної оболонки? І які ступеня окислення може проявляти фосфор у сполуках? (3s ² 3p ^3), (Фосфор виявляє ступені окислення -3, +1, +3, +5).
Розповідь вчителя:
На відміну від азоту, фосфор найбільш стійкий в вищого ступеня окислення +5, тому в природі він зустрічається винятково у вигляді солей фосфорної кислоти-фосфатів. У нашій країні на Кольському півострові розробляють великі родовища фосфориту і апатиту Ca ₃ (PO _{4) 2,} Ca ₅ (PO _{4) 3} (OH).
Як ви думаєте фосфор важливий для організму? (Важливий)
Ви маєте рацію:
В організмі дорослої людини міститься приблизно 700 г фосфору. Ця маса в основному припадає на кістки, практично повністю складаються з фосфатів кальцію. Фосфор входить також до складу нуклеїнових кислот. Похідні фосфорної кислоти відповідальні за накопичення клітинами енергії. Щодня організм людини втрачає приблизно 1г фосфору. Це кількість повинна компенсуватися з їжею. Багато фосфору міститься в молоці й рибі.
2) Фосфор утворює кілька простих речовин, тобто, для нього характерна алотропія - існування одного і того ж хімічного елемента у вигляді двох або кількох простих речовин (алотропних модифікацій), різних за будовою та формами. Він утворює білий, червоний і чорний фосфор.
Білий фосфор являє собою м'яку безбарвну масу, розчинну в сірковуглеці CS ₂ і деяких органічних розчинниках. Його можна різати ножем. На світлі білий фосфор швидко жовтіє і втрачає прозорість. При слабкому нагріванні він плавиться. Низька температура плавлення, всього 44.1градуса, підказує нам, що білий фосфор має молекулярну будову. Дійсно, він утворений молекулами Р _4, що мають тетраедричних форму.
Розгляньте модель молекули білого фосфору. У чому особливість? (Кожен атом фосфору утворює по три зв'язку з іншими атомами фосфору). Крім того, білий фосфор дуже отруйний. На повітрі білий фосфор загоряється.
Учитель демонструє досвід займання білого фосфору на комп'ютері.
Червоний і чорний фосфор більш стійкі речовини, ніж білий. Червоний фосфор спалахує лише при 260градусах, має червоно - фіолетовий колір і полімерне будову. Щільність червоного фосфору, в залежності від способів отримання, варіює в межах 2-2,4 г / см ^3.
Чорний фосфор за зовнішнім виглядом схожий на графіт. Також як і червоний, він має полімерне будову з пірамідальним розташуванням атомів, але щільність його складає 2,7 г / см ^3, має ледь помітний металевий блиск і є напівпровідником. Він насилу вступає в хімічні реакції.
Проблемна ситуація: Як ви думаєте, чому червоний і чорний фосфор відрізняються за властивостями, хоча мають полімерне будову з пірамідальним розташуванням атомів?
Для відповіді на це питання розглянете моделі кристалічних граток червоного і чорного фосфору. Що ви бачите? Що атоми чорного фосфору розташовані більш компактно, ніж атоми червоного, це відбивається на властивостях.
3) Тепер розглянемо деякі хімічні властивості фосфору.
При підпалюванні червоний фосфор в кисні згоряє з утворенням білого диму, що складається з найдрібніших частинок оксиду фосфору (V). Учитель показує відеофрагмент горіння червоного фосфору в кисні:
4P + 5O ₂ = 2P ₂ O _5.
В надлишку хлору згорає фосфор блідо-зеленим полум'ям з утворенням хлориду фосфору (V), пари які при охолодженні конденсуються в світло-жовті кристали. Учитель показує відеофрагмент згоряння фосфору в хлорі:
2P + 5Cl ₂ = 2PCl _5.
Отримують фосфор в електропечах (t = 1500 ˚ с) при відновленні фосфориту (осадові гірські породи, основою яких є фосфатні мінерали, їх застосовують для отримання фосфору, фосфорних добрив) вугіллям:
Ca ₃ (PO _{4) 2} + 5C + 3SiO ₂ = P ₂ + 3CaSiO ₃ + 5CO
Як ви думаєте, де головним чином використовується фосфор? (В сірникової промисловості)
На сірникову головку нанесена суміш, яка містить бертолетової сіль KClO _3, клей, а також невеликі кількості сірки, оксиду марганцю (IV) і деяких інших речовин, а на бічні стінки коробка - суміш червоного фосфору зі скляною крихтою.
При терті сірника об коробку фосфор окислюється бертолетової сіллю і сірник загорается:
5KClO ₃ + 6P = 3P ₂ O ₅ + 5KCl.
Однак, суміш червоного фосфору і бертолетової солі надзвичайно вибухонебезпечна і може використовуватися не тільки в сірникової промисловості. Учитель показує відеофрагмент вибуху суміші.
3.Закрепленіе (рефлексивно - оціночний етап)
Для закріплення отриманих знань, прорешайте завдання в режимі «тренажер».
4.Домашнее завдання: Пар. № 50, 51.

3.3.3 Урок. Оксиди азоту

Цілі уроку:
Освітня - Розглянути особливості кисневих сполук азоту, використовуючи програму «Хімія для всіх ХХI: 9 клас».
Розвиваюча - продовжити розвиток розумових процесів і логічних операцій, тобто, розвивати в учнів уміння аналізувати матеріал і грамотно висловлювати свої думки.
Виховна - виховання посидючості, наукової допитливості, уважності.
Тип уроку: Урок вивчення нового матеріалу
Обладнання: Комп'ютери. Урок проводиться в панелі класі з використанням відео - проектора.
ХІД УРОКУ
1.Вводная частина (Орієнтовно - мотиваційний етап).
Учитель: На сьогоднішньому уроці ми вивчимо кисневі сполуки азоту, що відповідають усім можливим ступенів окислення від +1 до +5, розглянемо деякі фізичні і хімічні властивості цих сполук.
2.Изучение нового матеріалу (Операційно-виконавчий етап).
Розповідь вчителя з елементами бесіди:
Відомі оксиди, які відповідають усім можливим ступенів окислення від +1 до +5. Як ви думаєте, які це оксиди, назвіть їх? Учитель записує речовини на дошці.
N ₂ O NO N ₂ O ₃ NO ₂ N ₂ O ₅
Оксиди азоту зі ступенем окислення азоту +1 та +2 не реагують з розчинами кислот і лугів, тобто, вони несолеобразующіе, а оксиди зі ступенями окислення азоту +3, +4, +5 кислотні оксиди. А що таке кислотний оксид?
Оксид азоту (V) N ₂ O ₅ - ангідрид азотної кислоти. Це сильний окислювач, але дуже нестійкий речовина, вона не знаходить практичного застосування.
Оксид азоту (III) N ₂ O ₃ являє собою темно-синю рідину, яка при охолодженні утворює яскраво-сині кристали червоно-бурий газ, конденсується нижче -40 ° C. При його розчиненні (кислотний оксид) у воді утворюється нестійка азотистая кислота HNO _2, що існує лише в розбавлених розчинах.
Тобто, H ₂ O + N ₂ O ₃ = 2HNO _2.
Солі азотної кислоти - нітрити - більш стійкі, ніж сама кислота, і виділені в твердому вигляді.
Нітрити проявляють окисні властивості. При слабкому нагріванні нітриту амонію відбувається внутрішньомолекулярний окислювально-відновна реакція з утворенням азоту:
NH ₄ NO ₂ = N ₂  + 2H ₂ O

Де азот і окислюється і відновлюється, тобто,
2N ⁺³ + 6e ^-   N ₂ ⁰ 1 - восстановл. окислювач
2N ^-3 - 6e ^-   N ₂ ⁰ 1 - окислення відновник
N ⁺³ + N ^-3   N ₂ ⁰
Згадайте, де використовується ця реакція? (Для одержання азоту в лабораторії). Учитель показує відеофрагмент отримання азоту.
Нітрити використовуються в харчовій промисловості. Нітрит натрію NaNO ₂ використовують у виробництві барвників, а також як консервант.
Додавання цієї солі в м'ясні продукти дозволяє зберігати їх природний колір навіть при тривалому зберіганні. (Вчитель показує за допомогою проектора фотографію копченої ковбаси). Проте використання нітриту натрію в харчовій промисловості намагаються обмежувати, так як він дуже отруйний.
Оксид азоту (IV) NO ₂ - це важкий бурий отруйний газ з неприємним запахом. Він є ангідридом відразу двох кислот - азотної і азотистої:
2NO ₂ + H ₂ O = HNO ₂ + HNO ₃
При нагріванні азотистая кислота розкладається, тому при пропущенні оксиду азоту (IV) через гарячу воду в розчині утворюється лише азотна кислота:
3NO ₂ + H ₂ O = 2HNO ₃ + NO.

А тому це кислотний оксид, то поглинання оксиду азоту (IV) лугом приводить до утворення суміші солей - нітрату і нітриту:
2NO ₂ + 2NaOH = NaNO ₂ + NaNO ₃ + H ₂ O.
Молекула NO ₂ містить непарне число електронів, тому один електрон в ній залишається неспареним. Такі частинки в хімії називають вільними радикалами. Вони легко вступають в хімічні реакції.
Два неспарених радикала здатні взаємодіяти один з одним. Так, два атоми водню утворять молекулу H _2:
H  +  H   H-H,
Аналогічно проходить його взаємодія двох молекул NO _2:
O ₂ N  +  NO ₂   O ₂ N-NO _2.
Вже при кімнатній температурі оксид азоту (IV) містить кілька відсотків молекул N ₂ O _4. При зниженні температури їх число зростає, бурий газ перетворюється на світло-жовту рідину, переважно складається з молекул N ₂ O _4. (Учитель показує відеофрагмент отримання димеру оксиду азоту IV у крижаній воді).
Оксид азоту (II) NO - безбарвний газ з неприємним запахом. Він сильно отруйний, оскільки міцно зв'язує гемоглобін крові і не дозволяє йому переносити кисень.
Однак малі кількості цієї речовини надають лікувальну дію на організм, стимулюючи роботу серця і знижуючи кров'яний тиск. Саме оксид азоту (II) є діючим початком серцевих препаратів на основі органічних нітросполук, наприклад, нітрогліцерину.
Молекула NO також як і молекула NO ₂ містить непарне число електронів, тому один електрон в ній залишається неспареним.
Оксид азоту (II) малорастворим у воді і не реагує з розчинами кислот і лугів. У отвори циліндра, наповнений цим газом, видно бурий "дим" - це утворюється оксид азоту (IV) (Показ відеофрагменту окислення NO):
2NO + O ₂ = 2NO _2.
Бурий дим (так званий «лисячий хвіст») іноді тягнеться з труб заводів з виробництва азотної кислоти, це значить, що в атмосферу викидаються оксиди азоту.
Оксиди азоту NO і NO _2, які утворюються при роботі двигунів внутрішнього згоряння, потрапляють в повітря, сильно забруднюючи навколишнє середовище і поряд з сірчистим газом викликають кислотні дощі (вчитель показує фотографію бронзових статуй, схильних до корозії).
Проблемна ситуація: NO не утворює димеру на відміну від NO _2, хоча також є радикалом, як ви думаєте чому? одне з пояснень цього явища лежить в будові молекул. Для відповіді на це питання розглянете моделі молекул цих двох речовин (кожен учень розглядає моделі молекул індивідуально). Відповідь: Розглянувши моделі молекул, видно, що молекула NO-лінійна, значить атом азоту знаходиться в sp - гібридному стані, а молекула NO ₂ Уголковая, атом азоту знаходиться вже в sp ² - гібридному стані, але ж sp ² - орбіталь більше sp - орбіталі, а значить атоми азоту в NO ₂ скріплюються краще, ніж у NO.
Оксид азоту (I) N ₂ O називають «Звеселяючим газом» через слабке наркотичної дії (вчитель показує відеофрагмент отримання оксиду азоту I). Вдихання невеликих кількостей цієї речовини викликає судомний сміх. «Звеселяючий газ» раніше використовували в медицині для наркозу. Зараз їм заповнюють аерозольні упаковки з харчовими продуктами - збитими вершками, кремами.
3.Закрепленіе (рефлексивно - оціночний етап)
Для закріплення отриманих знань, вчитель спільно з класом вирішує кілька завдань на тему «оксиди азоту» в режимі «тренажер». Питання транслюються проектором, учні відповідають, вчитель вводить відповіді.
4.Домашнее завдання: Пар 42.

3.4 Результати апробації

Апробація проводилася серед учнів 9 класів школи № 4 м. Калуги. Всього в педагогічному експерименті брало участь 46 учнів. Метою проведення апробації було виявлення ефективності використання комп'ютерних моделей у процесі навчання хімії і визначення можливості застосування даної програми в шкільному курсі хімії.
Для цього були вибрані два 9 класу, в одному з яких я вів уроки (23 особи), використовуючи комп'ютерну підтримку (комп'ютерні моделі), в іншому - проводив уроки, не використовуючи комп'ютера (23 осіб). За підсумками роботи були проведені дві перевірочні роботи за темами «оксиди азоту» і «Фосфор», в результаті яких виявлено:
З використанням комп'ютерної підтримки при вивченні теми «Оксиди азоту» вийшли наступні результати: 13% двійок, 26% трійок, 48% четвірок, 13% п'ятірок, без використання комп'ютерної підтримки (другий клас): 17% двійок, 36% трійок, 30% четвірок, 17% п'ятірок.

Рис 1. Результати, отримані при проведенні перевірочної роботи за темою «Оксиди азоту».
При проведенні перевірочної роботи за темою «фосфор» отримані такі результати: З використанням комп'ютерної підтримки: 17% двійок, 31% трійок, 43% четвірок, 9% п'ятірок, а без використання: 17% двійок, 48% трійок, 31% четвірок, 4 % п'ятірок.

Рис 2. Результати, отримані при проведенні перевірочної роботи за темою «фосфор».
Вирахувавши загальний відсоток оцінок, було отримано, що з використанням комп'ютерних моделей загальний відсоток 4 і 5 склав 57%, а в разі без використання комп'ютерів склав 41%.

Рис 3 Загальний відсоток оцінок, виставлених при проведенні перевірочних робіт
Це говорить про те, що використання інтерактивних комп'ютерних програм робить процес навчання більш ефективним у поєднанні з традиційним підходом у навчанні.
Крім перевірочних робіт було проведено мініісследованіе на предмет виявлення пріоритетних напрямків використання комп'ютерних моделей. Учням пропонувалося вибрати варіанти використання комп'ютерних моделей у освітньому процесі. Всього протестовано 23 людини.
19 осіб (83%) вважають, що комп'ютерні моделі необхідно використовувати при поясненні нового матеріалу, 12 осіб (52%) - при узагальненні та повторенні матеріалу на уроці, 8 осіб (35%) - при самостійному повторенні матеріалу, 7человек (30%) - при самостійному вивченні нового матеріалу.
На питання «Чи підвищує ІКМ швидкість засвоєння матеріалу» 13 чоловік (56%) відповіла, що підвищує, мабуть використання комп'ютерних моделей підвищує інтерес до навчання хімії в учнів. А 15 учнів (65%) за продовження створення програм, що містять ІКМ.

Рис 4. Загальні результати проведеного мініісследованія.
З проведеного анкетування видно, що найменше учнів вважають за доцільне використовувати комп'ютерні моделі при самостійному вивченні нового матеріалу, тому важливо продовжувати розробку такого роду програм, створюючи комп'ютерні моделі цікавого змісту, для стимулювання учнів до пізнавальної діяльності.

Висновки

1. Проведено аналіз навчально-методичної літератури та кількох електронних видань на предмет використання інтерактивних комп'ютерних моделей в освітньому процесі, який показав, що питання комп'ютеризації навчання розглядаються досить широко, однак питання створення та застосування комп'ютерних моделей вивченні недостатньо, погано розробляється структура інтерактивних комп'ютерних моделей, та й методичні рекомендації щодо використання інтерактивних комп'ютерних моделей велика рідкість. Виявлено, що пропонується багато моделюючих програм, але, на жаль, не всі з них якісно складені і часто мають безліч недоліків, а іноді навіть і помилок.
2. Розроблено сценарій інтерактивної комп'ютерної моделі для вивчення теми «Хімічний зв'язок і метод валентних Систем». Запропоновано зміст і структура даної програми.
3. Запропоновано сценарії уроків та методичні рекомендації щодо їх проведення при вивченні тем: «алкани. Будова, ізомерія, номенклатура »,« алкени ». Будова, ізомерія, номенклатура », а також тим« оксиди азоту »і« фосфор ».
4. Проведена апробація елементів даної методики, результати якої говорять про актуальність розробок інтерактивних комп'ютерних моделей і впровадження їх у навчальний процес. На підставі отриманих результатів слід продовжувати роботу над створенням і вдосконаленням інтерактивних комп'ютерних моделей і методикою їх використання у навчанні хімії.

Література

1. Ахлебінін А.К., Лазикіна Л.Г., Лихачов В.М., Ніфантьев Е. Е. Демонстраційний експеримент на мультимедійному комп'ютері. / / Хімія в школі .- 1999 .- № 5 - с. 56-60.
2. Ахлебінін А.К., Ахлебініна Т.В., Горбач М.Г., Ніфантьев Е.Є. Підказка як спосіб активації розумової діяльності учнів / / Інформатика та освіта. - 2000. - № 3. - С.53-57.
3. Барахсанова П.І., Маркова А.С., Григор'єва О.О. Роль дистанційного навчання у створенні освітнього простору / / Інформатика та освіта. - 2000., № 9 - стор 37-39.
4. Безрукова Н.П., Сиромятніков А.А., Безруков А.А. Використання комп'ютерних технологій при вивченні хімічного зв'язку. / / Хімія в школі .- 2001 .- № 2 - с. 41-44.
5. Висоцький І.Р., Данилова Н.П. Комп'ютер на уроці / / Інформатика та освіта .- 1999 .- № 7 - с. 81 - 84.
6. Висоцький І.Р. Комп'ютер в освіті. / / Інформатика та освіта .- 2000 .- № 1 - с.86 - 87.
7. Гара М.М., Сергеєва Т.А., Чуніхіна Л.Л. Всеросійський семінар «Комп'ютер у навчанні хімії» / / Хімія в школе.-1990 .- № 1 - с.76-79.
8. Габрієлян О.С., Остроумов І.Г., Ахлебінін А.К. Моделювання / / «Хімія» додаток до газети «1 вересня» .- 2006. № 3 - стор 5 - 7.
9. Дьомушкін А.С., Кирилов А.І., Сливине Н.А., Чубров Є.В. Комп'ютерні навчальні програми / / Інформатика та освіта .- 1995 .- № 3 .- с.15 - 22.
10. Добротін Д.Ю., Журін А.А. Інтернет у навчанні хімії. / / Хімія в школі .- 2001 .- № 7 - с.52-55.
11. Жильцова О.А., Самоненко Ю.А., Організація комп'ютерної підтримки / / Хімія в школі .- 2001 .- № 4 - с.56-59.
12. Зазнобіна П.С. Медіаосвіта при навчанні хімії / / Хімія в школі .- 1995. - № 2 - с. 3-7.
13. Калина О.Г., Павлова Л.С.. Програма Hyperchem на уроках хімії. / / Інформатика та освіта .- 2001 .- № 8. - С. 92 - 95
14. Кречетніков К.Г. Особливості проектування інтерфейсу засобів навчання / / Інформатика та освіта .- 2002 .- № 4 - с. 65-73
15. Кривошеєв А.О., Фомін С.С. Конкурс «Електронний підручник» / / Комп'ютерні технології у вищій освіті / М.: Изд-во МГУ, 1994.
16. Кузнєцова Н.Є., Герус С.А.. Формування узагальнених умінь на основі алгоритмізації і комп'ютеризації навчання. / / Хімія в школі .- 2002 .- № 5-с.16-20
17. Купатадзе К.Т., Сванідзе А. С. Про використання комп'ютера в навчальному процесі / / Хімія в школі .- 2001 .- № 7 - с.55-56.
18. Курдюмова Т.М. Комп'ютерні технології в навчанні хімії / / Інформатика та освіта. -2000 .- № 8 - с. 35-38.
19. Кюршунов А.С. Дидактичні особливості розробки інтерактивних комп'ютерних моделей. / / Інформатика та освіта. - 2005 .- № 2 - с. 78 - 81.
20. Левченко І.В. Реалізація структурних елементів уроку при використанні комп'ютера / / Інформатика та освіта. - 2002 .- № 3. - С.32-35.
21. Лихачов. В.Н. Комп'ютерні моделі в шкільному курсі хімії. / / Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата педагогічних наук. -2003. - С. 1-9.
22. Методика навчання хімії: Теоретичний та прикладний аспекти: Учеб.для студ. Вищ. Учеб. Закладів. - М.: Гуманит. Вид. Центр ВЛАДОС, 1999. - 384с.: Іл.
23. Ніфантьев Е.Є., Ахлебінін А.К., Лихачов В.М. Комп'ютерні моделі в навчанні хімії. / / Інформатика та освіта .- 2002 .- № 7 - с. 77 - 85.
24. Наумов В.В. Розробка програмних педагогічних засобів навчання / / Інформатика та освіта .- 1999 .- № 3 .- с.36-40.
25. Органічна хімія: Учеб. для вузів: У 2кн. / В.Л. Бєлобородов, С.Е. Зурабян, А.П. Лузін, Н.А. Тюкавкина; Під ред. Н.А. Тюкавкін. - М.: Дрофа, 2002. - Кн. 1: Основний курс. - 640 с.
26. Павлова Н.І. Комп'ютер як інструмент збору інформації на уроці хімії / / Інформатика та освіта. - 2003 .- № 9 .- с.82-85.
27. Раткевич Є.Ю., Недошивін В.П., Мансуров Г.М. ЕОМ на уроках хімії / / Інформатика та освіта. - 1997 .- № 4 - с.52-54.
28. Рекомендації науково-методичного симпозіуму «Комп'ютерне моделювання в навчанні точних наук» / / Педагогічна інформатіка.-2004 .- № 1
29. Теорія і практика дистанційного навчання: Учеб. Посібник для студ.высш.пед.учеб.заведений / Є.С. Полат, М.Ю. Бухаркін, М.В. Моїсеєва; Під ред. Є.С. Полат. - М.: Видавничий центр «Академія», 2004. - 416с.
30. Загальна та неорганічна хімія. Підручник для вузов. / М.С. Ахметов - 4-е видання, випр. - М.: Висш.шк.; 2002. - 743с., Іл.
31. Хоютанова М.І. Комп'ютерне моделювання на уроках фізики / / Інформатика та освіта. -2003 .- № 3 - с.61-62.
32. Щенніков С.А. Відкрите дистанційна освіта .- М., 2002.
33. Відкрите дистанційне навчання / / www.chem.msu.su
34. Комп'ютерні технології в навчанні / / www.informatika.ru
35. Парадокси дидактичної наочності / / www.biblio.narod.ru
36. Взаємодія комп'ютера і людини / / www.yspu.yar.ru