ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Пензенскийгосударственный педагогический университет им. В.Г. Белинского
Факультет естественно-географический
Кафедра химии и теории и методикиобучения химии
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
Использование цифровой лаборатории «Архимед»в школьном химическом эксперименте
Студент Макарова О.Е.
Руководитель Фирстова Н.В.
К защите допустить.
Протокол № от «___» ____2009 г.
Зав. Кафедрой Керимов Э.Ю.
Пенза, 2009
Содержание
Введение
Глава 1.Обзор литературы
1.1 Информатизация системыобразования
1.2 Информатизация химическогообразования
1.3 Цифроваялаборатория «Архимед» – новое поколение школьных естественно-научных лабораторий
1.3.1 Цифроваялаборатория «Архимед» в преподавании химии
1.3.2 Анализ методических разработоки материалов по применению цифровой лаборатории «Архимед» на уроках химии
Глава 2. Методыисследования
2.1 Настройка работы и регистрацияданных с помощью цифровой лаборатории «Архимед»
2.2 Анкетирование
Глава 3. Результатыи их обсуждение
3.1 Методические разработки опытов, сиспользованием цифровой лаборатории «Архимед», для урочной деятельности
3.2 Методические разработки опытов, сиспользованием цифровой лаборатории «Архимед», для элективных курсов иисследовательской работы учащихся
3.2.1 Методические разработки опытов,с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для элективного курса «Химия имедицина»
3.2.2 Методические разработки опытов,с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для элективного курса «Химия иэкология»
3.3 Апробация методических разработокопытов с использованием цифровой лаборатории «Архимед» в урочной деятельности ина элективных курсах
Выводы
Список литературы
Приложение1. Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в9 классах
Приложение 2.Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в 8классахПриложение 3. Примерноекалендарно-тематическое планирование учебного материала по химии в 11 классах
Приложение4. Тематическое содержание программы элективного курса «Химия и медицина»
Приложение5. Тематическое содержание программы элективного курса «Химия и экология»
Приложение6. Конспект занятия «Анализ качества пищевых продуктов»
Приложение7. Анкета для учащихся перед выполнением эксперимента
Приложение8. Анкета для учащихся после выполнения работы
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня в условияхразвития информационного общества одним из ключевых элементов, позволяющихмаксимально индивидуализировать учебный процесс, является информатизацияобучения, основанная на применении информационно-коммуникационных технологий(ИКТ), на организации учебного процесса в специализированной открытойинформационно-образовательной среде, в которой посредством ИКТ происходит обменучебной информацией.
В мировой практикеимеется много примеров успешного использования информационно-коммуникационныхтехнологий в образовании. Новые условия развития образования, реализацияфедеральных и региональных целевых программ и проектов вызывают необходимостьразработки новой среднесрочной программы информатизации системы образования.
Для реализации принятойПравительством РФ «Концепции модернизации российского образования»разрабатывается проект «Информатизация системы образования» (2004-2009 гг.) Федеральногоагентства по образованию РФ. Основная идея проекта «Информатизация системыобразования»– это создание условий для системного внедрения и активногоиспользования ИКТ в работе школы. Участвующие в проекте школы перейдут на новуюступень использования ИКТ в учебном процессе, начнут активно использовать современныецифровые образовательные ресурсы.
Анализ состояния дел вобласти информатизации, проведенный в ходе подготовки проекта, выявил оструюнехватку специалистов, способных создавать практически эффективные цифровыеобразовательные ресурсы и грамотно использовать их на практике. В связи свышеизложенным, актуальным представляется создание новых моделей подготовкибудущих учителей, работающих с использованием создаваемых в проекте цифровыхучебно-методических материалов.
Одним из примеров реализацииидей проекта «Информатизация системы образования» в естественно-научномобразовании является создание и установка в школах цифровых лабораторий,которые позволят перевести школьный практикум естествознания на качественноновый уровень; подготовить учащихся к самостоятельной творческой работе в любойобласти знаний; осуществить приоритет деятельностного подхода к процессуобучения; развить у учащихся широкий комплекс общих учебных и предметныхумений; овладеть способами деятельности, формирующими познавательную, информационную,коммуникативную компетенции.
Цифровая лаборатория«Архимед» – это новое поколение естественно-научных лабораторий – оборудованиедля проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ.Входящие в состав цифровой лаборатории «Архимед» цифровые образовательныересурсы и цифровые лабораторные комплексы, направлены на выполнение следующих задач:комплексное использование материально-технических средств обучения на основесовременных технико-педагогических принципов; переход от репродуктивных формучебной деятельности к самостоятельным, поисково-исследовательским видамработы; перенос акцента на практико-ориентированный компонент учебнойдеятельности; формирование коммуникативной культуры учащихся; развитие уменийработы с различными типами информации и ее источников.
Сегодня цифровыелаборатории «Архимед» используются в практике обучения по физике, химии,биологии, экологии и пр. во многих школах России; учителями создан и опробованцелый ряд методик применения КПК на уроках. Институт новых технологий проводитконкурсы подобных методических разработок [2]; материалы по применению цифровыхлабораторий «Архимед» стали все чаще появляться в трудах образовательныхконференций и конгрессов и в публикациях прессы.
Объект исследования:учебно–воспитательный процесс в средних общеобразовательных учреждениях.
Предмет исследования:методическая деятельность учителя химии по использованию современных средствобучения в химическом эксперименте.
Целью нашей работы былоисследование возможностей цифровой лаборатории «Архимед» для применения вурочной и внеурочной деятельности по химии.
Цель, предмет и объект исследованияпредполагают решение следующих задач:
1. Обобщить и систематизироватьматериалы по основным направлениям развития информационных и коммуникационныхтехнологий в современном естественно-научном образовании, в частности в обучениихимии.
2. Освоить технику работы сиспользованием цифровой лаборатории «Архимед».
3. Провести методический анализразработок опытов по химии создателей цифровой лаборатории «Архимед».
4. Разработать методики и теоретическоеобоснование результатов экспериментов с использованием цифровой лаборатории«Архимед» в урочной и внеурочной деятельности (элективные курсы «Химия и медицина»,«Химия и экология») по химии.
5. Апробировать самостоятельноразработанные, модифицированные и предложенные разработчиками цифровойлаборатории «Архимед» опыты в урочной и внеурочной деятельности по химии.
6. Провестианкетирование в группе учащихся, использовавших в своей работе цифровую лабораторию«Архимед», с целью исследования эффективности её применения для процесса обучения.
7. Составить пособиек практикуму для учащихся – слушателей элективных курсов «Химия и экология» и«Химия и медицина» в форме рабочей тетради.
Глава1. Обзор литературы
1.1 Информатизациясистемы образования
Человечество стремительновступает в принципиально новую для него информационную эпоху. Существеннымобразом меняются все слагаемые образа жизни людей.
Мир меняетсястремительно, меняются и требования к системе образования. Она уже сегоднядолжна ориентироваться на те потребности общества, которые появятся через 10-15лет. Необходима целостная стратегия совершенствования системы общегообразования в условиях глобальных процессов информатизации всех сфер жизни общества.
Цель и принципыинформатизации системы образования [18]
Стратегическая цель –подготовка детей и молодежи к полноценной жизни в информационном обществе засчет повышения качества образования посредством формирования единойинформационно-образовательной среды и интенсивного внедренияинформационно-коммуникационных технологий в образовательный процесс.
Концептуальнымипринципами информатизации образования являются:
· принципприоритетности – информатизация образования должна стать приоритетной областьюгосударственной политики в области информатизации, что будет выражаться вусиленном ресурсном обеспечении;
· принципсистемности – процесс информатизации должен обеспечить изменение системныхсвойств системы;
· принципнаправляемого развития – так как реальные процессы внедренияинформационно-коммуникационных технологий в систему образования будутразвиваться в силу внутренних и внешних факторов, то цель управленияинформатизацией образования – направлять, корректировать объективно протекающиепроцессы саморазвития;
· принцип учетаограниченности ресурсов – так как ресурсы образовательной системы ограничены,то управление информатизацией образования предполагает оптимальный выбор икомбинирование ресурсов;
· принципкультуросообразности – информатизация образования должна строиться на учетенационально-культурных особенностей, уклада жизни, ценностных ориентаций и нормповедения населения.
Основная идея проекта«Информатизация системы образования»–это создание условий для системного внедрения и активного использования ИКТ в работешколы. Участвующие в проекте школы перейдут на новую ступень использования ИКТв учебном процессе, начнут активно использовать современные цифровыеобразовательные ресурсы. В них создадутся условия для творчества учителей,активной самостоятельной работы учащихся, гибкую организацию процессов учения иобучения. Сложившаяся в нашей стране модель массовой школы ориентирована,прежде всего, на унификацию учебного процесса. Информационные технологии ХХвека, на которых она построена, требовали использовать закрытую учебнуюархитектуру [32].
Постановка новыхобразовательных задач, связанных с преодолением кризиса Тоффлера [31] требуютперехода к открытой учебной архитектуре [33]. Это невозможно без сменытехнологического базиса общего образования. Проект информатизации системыобразования будет создавать условия для соответствующей трансформации [34]. Врамках проекта:
· разрабатываютсякачественно новые учебные и методические материалы (компонент 1);
· трансформируетсясуществующая система переподготовки и текущей методической поддержки педагогов(компонент 2);
· создаютсямежшкольные методические центры (компонент 3), обеспечивающие постепеннуютрансформацию муниципальной методической службы и внедрение новых учебныхматериалов в практику работы школы.
Второй компонент проекта(подготовка педагогов) включает в себя:
· переподготовкуработников управления образованием пилотных регионов (на региональном имуниципальном уровнях), которые разрабатывают и проводят в жизнь региональные имуниципальные планы преобразования работы школы,
· переподготовкучленов базовых (проектных) школьных команд, которые разрабатывают и проводят вжизнь планы информатизации своей школы,
· переподготовкупредметных команд педагогов, которые будут обучать школьников на основе новогопоколения цифровых образовательных материалов для шести предметных областей,
· создание новыхмоделей подготовки будущих учителей, подготовку их к работе с использованиемсоздаваемых в проекте цифровых учебно-методических материалов,
· разработкасистемы управления качеством подготовки, переподготовки и повышенияквалификации педагогов в области информатизации образования, с использованиемуниверсальной (единой) системы учебных планов и модульных курсов подготовки,которая обеспечивает фиксацию, сохранение и распространение полученных в ходепроекта результатов на всю систему образования.
Анализ состояния дел вобласти информатизации, проведенный в ходе подготовки проекта, выявил оструюнехватку специалистов, способных создавать практически эффективные цифровыеобразовательные ресурсы и грамотно использовать их на практике. Для успехапрограммы информатизации школы необходимо существенное развитие отечественногопотенциала в области разработки и эффективного использования цифровых учебныхматериалов нового поколения. С этой целью, в рамках второго компонента предусмотренымеры по дополнительной подготовке специалистов в области педагогическогодизайна, подготовке и изданию необходимых учебных и информационных материалов,широкой подготовке и информированию педагогов в области педагогическогодизайна.
На всей территории РФбудут доступны как учебные материалы нового поколения для работы школьников иподготовки педагогов, так консультации по использованию этих материалов. Будетсформирован корпус методистов, которые смогут оказывать необходимую поддержкупедагогам и после завершения проекта. Базой для переподготовки и последующейметодической поддержки учителей станут межшкольные методические центры (компонент3). Особенность предлагаемых программ обучения состоит в том, что они основываютсяна представлениях компетентностного подхода. Обучение педагогов включает в себяне только передачу соответствующих знаний и умений в ходе сериипоследовательных учебных мастерских, но и практическое использование этихзнаний и умений педагогами в реальном учебном процессе, их постояннуюконсультационную поддержку, формирование (в том числе, с использованиемИнтернета) сетевых групп методической поддержки учителей. В результате должнопроизойти не только повышение квалификации педагогов, но и появитьсяпрактические изменения практики учебной работы в школах и профессиональныхучилищах, распространиться опыт и материалы для осуществления аналогичнойтрансформации в школах других регионов страны [34].
Структура массовойпереподготовки педагогов включает пять основных процессов:
· Формирование упедагогов интереса к использованию ИКТ в учебном процессе еще до включенияучителя в подготовку. Эта подготовка – добровольное дело педагога, желающегопринять участие в решение наиболее противоречивых и острых задач современногообразования, получать большее удовлетворение от своей работы [34].
· Ознакомлениеучителей с соответствующими способами педагогической работы с использованиемИКТ и специально разработанных учебно-методических материалов. Эта работапроводится в рамках специально организуемых мастерских. Содержание занятиймастерской определяется в соответствии с целевой группой обучаемых. Основнойупор делается на поддержку дальнейшей самостоятельной работы педагогов. Например,при ознакомлении с ИКТ демонстрируются не столько основные приемы работы,сколько использование документации, обучающих программ, мастеров и подсказокдля самостоятельного освоения соответствующих программных и технических средств[34].
· Оперативная поддержка,создание «среды сотрудничества» для прошедших подготовку педагогов: образованиемалых сетевых (в том числе, с помощью Интернет) групп взаимопомощи, постояннаяв течение учебного года поддержка работы таких групп методистом, которыйпроводил подготовку учителей [34].
· Анализрезультатов практической работы и рефлексия процессов саморазвития учителя.Работа проводится в рамках мастерских и способствует закреплению и развитиюметодов профессионального саморазвития педагогов. Она является обязательнойсоставной частью каждой из мастерских, наряду со знакомством с опытом передовыхшкол и учителей, педагогическими и поддерживающими их информационнымитехнологиями. В ходе этой работы также стимулируется и поддерживается «растущаяснизу» ассоциация преподавателей, где каждый педагог чувствует поддержкуколлег, стремится и имеет реальную возможность достичь высших уровнейпедагогического мастерства [34].
Организационнопереподготовка учителей проводится в форме краткосрочных семинаров(мастерских), которые проводятся 2-3 раза в год, а также методически иконсультационно поддержанной практической работы педагогов в классе между этимисеминарами. Вводный семинар предваряется «вступительным тестом», которыйпомогает познакомиться с курсантами, определить их учебные стили испецифические нужды, что следует учесть в процессе переподготовки (знакомство спедагогическими техниками, уровень владения компьютером, тип интеллекта ит.п.). (Интенсивный семинар ориентирован на 6-12 дней занятий и проводится доначала учебного года). Успешно завершив вводный семинар, преподавательвозвращается к практической работе в школе, получая необходимую методическуюподдержку. За нее отвечает методист, участвовавший в проведении семинара. Там,где есть технические условия, эту работу можно организовать с использованиемИнтернет. Сетевые группы взаимопомощи должны облегчить применение полученныхзнаний, способствовать созданию среды для формирования профессионального сообщества[34].
Составной частьюметодической поддержки являются семинарские занятия, проводимые в две сессии: всередине учебного года и по его окончании. Первая часть основного семинарапроходит во время зимних каникул, как интенсивный пятидневный цикл занятий.Содержание работы семинара включает в себя подробный анализ работы в классе впервом полугодии (рефлексия, разбор удачных случаев), рассмотрение особенностейпроведения занятий во втором полугодии. На этом семинаре участники проходяттакже цикл различных обязательных занятий. Основной результат семинара – индивидуальныйплан работы в классе на второе полугодие. Вторая часть основного семинара проводитсяпо окончании учебного года. Содержание занятий включает анализ работы во второмполугодии и планирование занятий на следующий учебный год. На этом семинареучастники проходят цикл различных обязательных занятий. Участники завершаютсеминар отчетом о результатах учебного года и планом работы на следующийучебный год. В итоге, все участники, которые прошли основной цикл подготовки,включающий в себя три семинара и один учебный год моделируемой практическойработы в школе, получают соответствующие сертификаты. При желании учитель может(и должен) модифицировать имеющиеся в его распоряжении новые методы работы. Длятех педагогов, которые хотят совершенствоваться в этом направлении,предлагается следующая ступень переподготовки [34].
Мастерская учителейорганизуется по окончании второго учебного года. Программа мастерской включаетв себя анализ работы в прошедшем учебном году (рефлексия, разбор удачныхслучаев модификации и проектирования модулей) и ряд обязательных курсов.Мастерская завершается подготовкой учителями индивидуальных образовательныхпроектов для реализации в предстоящем учебном году. Успешное завершениемастерской учителей служит основанием для соответствующей сертификациипедагогов, прошедших продвинутый цикл подготовки, который состоит из основногоцикла и мастерской учителей, предваряемой одним дополнительным учебным годоммоделируемой практической работы в школе [34].
После трех летпрактической работы учителя могут пройти специальную подготовку и статьметодистами по использованию ИКТ в учебной работе. Программа семинараметодистов (Методический семинар) предусматривает участие курсанта в качествеассистента в работе семинара по подготовке учителей (помощь работающемуметодисту, рефлексия работы). После стажировки в качестве методиста в течениеучебного года (проведение семинаров, поддержка участников по компьютерной сети)курсант, успешно завершивший семинар, получает сертификат учителя-методиста справом участвовать в подготовке учителей [34].
Обязательной составнойчастью сетевой поддержки педагогов являются:
– ведение списка рассылкии ленты новостей сетевого объединения педагогов;
– обмен видеофрагментамисвоих достижений (уроки, ученические конференции и т.п.) между участвующими вработе педагогами;
– регулярная подготовкасетевых методических бюллетеней, а также периодический выпуск интегрированных«бумажных» изданий.
Постоянно действующаясетевая поддержка, как составная часть массовой подготовки педагогов,представляет собой элемент системы управления содержательными преобразованиямив работе школы [34].
Проблемы ипротиворечия информатизации системы общего образования
Оценка реализацииГосударственной программы развития образования, анализ образовательной ситуациипоказывают, что, несмотря на значительные результаты информатизации системы общегообразования, имеются проблемы, требующие разрешения [18]:
1. Отраслевой характеринформатизации в России, рассогласованность действий по различным отраслямзначительно усложняет и снижает эффективность принимаемых мер.
2. Отсутствие системностиорганизации и координации процесса информатизации.
3. Процессыинформатизации идут в большей степени стихийно, нет четкой координации исогласования управленческих действий на разных уровнях. Темпы и уровеньинформатизации зависят от компетентности руководителей образовательныхучреждений и органов управления образованием.
4. Недостаточнаяразработанность нормативно-правового обеспечения процесса информатизации.
5. Отсутствиереспубликанского компонента в содержании школьного курса информатики, контроляза качеством образования учащихся по информатике.
6. Слабая развитостьинформационных каналов оперативного управления образованием; недостаточнаяоснащенность образовательных учреждений современными обучающими компьютернымипрограммами.
7. Малоэффективноеиспользование имеющейся компьютерной техники в образовательном процессе.
8. Недостаточнаяразработанность механизмов стимулирования труда учителей информатики иучителей, использующих ИКТ.
Наличие широкого спектрапроблем указывает на сложившиеся в системе общего образования противоречия [18]:
— между приоритетностьюинформатизации и обособленность и отраслевым характером информатизацииобразования;
— между многообразиемсуществующих средств образовательных технологий, высоким уровнем обеспеченностькомпьютерной техникой и малоэффективным использованием имеющихся информационныхресурсов в образовательном процессе; дефицитом квалифицированных кадров вобласти ИКТ;
— между необходимостьюширокого использования ИКТ, высоким уровнем потребности в дистанционномобразовании и несформированностью информационной образовательной среды, котораяпозволила бы эту потребность реализовать;
— между широкойреализацией республиканских и муниципальных программ и проектов информатизацииобразования и неразработанностью механизмов управления комплекснойинформатизацией систем образования, критериев определения эффективностииспользования ИКТ, механизмов оценки результативности, эффективности исоциального влияния программ информатизации.
Потенциальноинформатизация системы общего образования может обеспечить повышение уровнякачества образования, эффективности и информационной привлекательностидеятельности образовательных учреждений. Однако, такой прорыв предполагаетналичие четкой стратегии информатизации образования, последовательных искоординированных действий в этой сфере.
1.2 Информатизацияхимического образования
В последнее десятилетиеотмечается активное внедрение компьютерных и телекоммуникационных технологий вучебно-воспитательный процесс школы. В системе государственного управленияобразованием этому вопросу уделяют самое пристальное внимание.
Каждый день информационноесообщество российских учителей пополняется новыми именами, в сети появляютсяновые сетевые ресурсы, в школы приходят новые программные педагогическиесредства. Современный учитель химии не может находиться в стороне от этихпроцессов. Неуклонно растёт интерес преподавателей к проблеме информатизации:они принимают самое активное участие в создании образовательных ресурсов, ихотладке, тестировании, апробации и внедрении. Сейчас уже никто не сомневается втом, что использование программных педагогических средств вучебно-воспитательном процессе существенно расширяет возможности учителя [11].
Можно выделить триосновных направления развития информационных и коммуникационных технологий всовременном естественно-научном образовании, в частности в обучении химии [36]:
· дистанционное иоткрытое образование;
· виртуальныелаборатории;
· библиотекимультимедиа-объектов
· применение методакомпьютерных проектов в обучении химии;
· использованиецифровых лабораторий как современного информационного оборудования в проведениихимического эксперимента, в частности использование цифровой лаборатории«Архимед» [20].
Дистанционное иоткрытое образование.
В основе концепцииоткрытого образования лежит творческий характер обучения. Такая формаобразовательного процесса включает ученика в развёрнутые системы информационныхбаз данных, снимает пространственно-временные ограничения в работе с различнымиисточниками информации, что очень актуально в современном постиндустриальноминформационном обществе [36].
Одним из наиболеединамично развивающихся направлений открытого образования являетсядистанционное образование (ДО), которое позволяет реализовать следующиепринципы [36]:
· доступностьобучения, в частности преодоление физических ограничений человека, расширениеаудитории обучающихся;
· личностнаянаправленность обучения, создание комфортных условий для школьников и учителей,учёт индивидуальных психологических особенностей (восприятия, памяти,мышления), индивидуальный темп обучения;
· развитиеинформационной культуры, навыков работы с современными средствамиинформатизации и телекоммуникации;
· социализацияобучения, учёт личностно-коммуникативных особенностей учащихся.
Безусловный плюс –несомненная важность для психологического развития ребёнка – его вовлечение всистематическую учебную деятельность под непосредственным руководством взрослого,процесс овладения культурой и социализация проходят при посредничестве учителя.
Вместе с тем нельзяупускать из виду и обратную сторону дистанционного обучения. К проблемамдидактического плана следует отнести адаптацию сетевых образовательных ресурсовк возможностям, условиям, уровню подготовки каждого школьника [15].
Сложность состоит в том,что затруднено общение: между субъектами образовательного процесса нетнепосредственного живого контакта. Посредником выступает компьютер. Длядистанционного обучения очень важна оперативность связи со школьником. Поэтомук учителю в системе ДО – компьютеру – предъявляются серьёзные требования:
— отвечать очень быстрона все письма;
— поощрять оперативностьсвоих слушателей;
- установить чёткийграфик общения в режиме on-line и неукоснительно соблюдать его;
— создать атмосферупсихологического комфорта
В настоящее время всистеме ДО можно выделить следующие основные формы:
— электронные сетевыеучебники;
— обучающие иконтролирующие задания;
— электронные практикумы;
— исследовательскиепроектные работы;
— информационные ресурсы[2];
— дистанционные олимпиадыи конкурсы;
— форумы, конференции,общение on-line;
— повышение квалификациии обмен опытом.
Виртуальныелаборатории.
Информационныетехнологии, включающие в себя современные мультимедиасистемы, могут бытьиспользованы для поддержки процесса активного обучения. Именно они в последнеевремя привлекают повышенное внимание. Примером таких обучающих систем являютсявиртуальные лаборатории, которые могут моделировать поведение объектовреального мира в компьютерной образовательной среде и помогают учащимсяовладевать новыми знаниями и умениями при изучении научно – естественныхдисциплин, таких, как химия, физика, биология. Особо следует отметить значениевиртуальных экспериментов для химического образования [24].
Преимущества работы свиртуальными лабораториями [24]:
· Подготовкаучащихся к химическому практикуму в реальных условиях:
1) отработка основныхнавыков работы с оборудованием;
2) обучение выполнениютребований техники безопасности в безопасных условиях виртуальной лаборатории;
3) развитиенаблюдательности, умения выделять главное, определять цели и задачи работы,планировать ход эксперимента, делать выводы;
4) развитие навыковпоиска оптимального решения, умения переносить реальную задачу в модельныеусловия и наоборот;
5) развитие навыковоформления своего труда.
· Проведениеэкспериментов, недоступных в школьной химической лаборатории.
· Дистанционныйпрактикум и лабораторные работы, в том числе с детьми, имеющими ограниченныевозможности, и взаимодействие с территориально удалёнными школьниками.
· Быстротапроведения работы, экономия реактивов.
· Усилениепознавательного интереса.
Недостатки работы свиртуальными лабораториями [24]:
При использованиивиртуальных лабораторий школьник, в силу своей неопытности, не сможет отличитьвиртуальный мир от реального, то есть модельные объекты, созданные компьютером,полностью вытеснят объекты реально существующего окружающего мира.
Библиотекимультимедиа-объектов
Современное обучение ужетрудно представить без технологии мультимедиа (англ. multimedia– многокомпонентная среда), котораяпозволяет использовать текст, графику, аудио, видео и мультипликацию в режиме диалогаи тем самым расширяет области применения компьютера в учебном процессе.Изобразительный ряд, включая образное мышление, помогает обучаемому целостновоспринимать предлагаемый материал. Появляется возможность совмещатьтеоретический и демонстрационный материалы. Для обучения химии с использованиемподобных мультимедиа-объектов создано достаточно много разнообразныхэлектронных изданий: «Уроки химии Кирилла и Мефодия 8-11 класс», «Библиотекаэлектронных наглядных пособий «Химия» (БЭНП)», «Открытая химия 2.5», «1С:Репетитор. Химия», «1С: Образовательная коллекция. «Химия для всех XXI: Самоучитель решению химическихзадач», «1С: Образовательная коллекция. Общая и неорганическая химия. 10-11класс», «1С: Образовательная коллекция. Органическая химия. 10-11 класс»,«Химия-8 (4CD)» [30].
Применение методакомпьютерных проектов в обучении химии.
Использованиеметода проектов подразумевает использование терминологии. Программа Intel «Обучение для будущего» определяетучебный проект как организационную форму работы, которая (в отличие от занятияили учебного мероприятия) ориентирована на изучение законченной учебной темыили учебного раздела и составляет часть стандартного учебного курса илинескольких курсов [16]. В школе его можно рассматривать как совместную учебно-познавательную,исследовательскую, творческую или игровую деятельность учащихся-партнёров,имеющую общую цель, согласованные методы, способы деятельности, направленные надостижение общего результата по решению какой-либо проблемы, значимой дляучастников проекта [23].
Использование методапроектов в обучении химии позволяет не только и не столько учить, сколькоучиться, направлять познавательную деятельность обучаемого [22].
Ведущая роль отводитсяразвитию умений пользоваться знаниями. Знания должны быть востребованы всобственном социальном опыте, усилить практическую направленность обученияхимии.
Практикуемая в школепроектная деятельность по химии заключается в создании компьютерных программ,эффективно используемых на уроках изучения нового материала (презентации, сайтыдля лекций), при отработке умений и навыков (обучающие программы,тестирование), во время проведения химического практикума, при контроле знаний,умений и навыков [22].
Проектную деятельностьможно рассматривать и как особое направление внеклассной работы, тесносвязанное с учебным процессом и способствующее развитию межпредметных связей(химия, информатика, биология, физика, экология).
В зависимости отдоминирующего при выполнении проекта по химии метода, ученикам может бытьпредложено выполнение проектов трёх типов [27]:
1) информационного, направленного наработу с информацией о каком-либо объекте, явлении, ознакомление с информацией,её анализ и обобщение. Работа ведётся с научной литературой и Интернетом.
2) исследовательского, который поструктуре приближен к подлинному научному исследованию: доказательствоактуальности темы, определение проблемы, предмета и объекта исследования,обозначение задачи, методов, источников информации, выдвижение гипотез, обобщениерезультатов, выводы, оформление результатов, обозначение новых проблем.
3) практико-ориентированного, в которомс самого начала четко обозначается результат деятельности, ориентированный наинтересы какой-либо группы людей; выполнение таких проектов требует распределенияролей участников, плана действий, внешней экспертизы.
Включение вобразовательный процесс метода проектов принципиально изменило подход ктворчеству: важен не только конечный результат, но и поиск его, творческаяактивность, исследовательский опыт, сам процесс творчества [22].
Проектная деятельностьоткрывает большие возможности для приобретения личного и профессиональногоопыта, позволяет вырабатывать у учеников стремление и умение самостоятельнодобывать и умело использовать знания, отстаивать свою точку зрения, даётвозможность приобрести коммуникативные навыки и умения, что особенно важно длядальнейшего выбора профессии. [22].
Нынешнее применениекомпьютеров в школе использует чисто экстенсивный подход: традиционные учебныекурсы просто перекладываются на экран монитора. Но только с опорой наперсонифицированное обучение с чёткой индивидуализированной дидактическойзадачей адекватной личностной направленности учащихся и педагогическойтехнологией, способной решить эту задачу, можно произвести качественный образовательныйскачок [4]. Программное обеспечение учебного назначения активно разрабатывается,но отношение к методике их создания и использования зачастую недопустимонебрежное [23]. То есть сегодня одним из основных факторов, препятствующихпроникновению информационных компьютерных технологий (ИКТ) в предметноеобучение (в частности обучение химии), является проблема методики.
Внедрение информационныхкомпьютерных технологий в учебный процесс подразумевает этапы [23]:
1.Начальный этап: минимизация временных и моральных затрат учителя; использованиеИКТ на факультативных занятиях с небольшой группой заинтересованных иотносительно хорошо подготовленных учащихся.
2.Второй этап: учитель использует компьютер для сопровождения изложения новогоматериала (использование электронных библиотек).
3.Третий этап: выходы в компьютерный класс на занятия, тренинг навыков решениязадач, контроль знаний, использование интерактивных тренажеров и задачников.
4.Четвертый этап: создание с помощью ИКТ продуктов (web-сайтов, мультимедийных презентаций и т.п.).
1.3 Цифроваялаборатория «Архимед» – новое поколение школьных естественно-научныхлабораторий
Цифровые лаборатории«Архимед» – это новое поколение естественно-научных лабораторий – оборудованиедля проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ[35].
Посравнению с традиционными лабораториями «Архимед» позволяетсущественно сократить время на организацию и проведение работ, повышаетточность и наглядность экспериментов, предоставляет практически неограниченныевозможности по обработке и анализу полученных данных [17].
Использованиецифровой лаборатории «Архимед» способствует освоению понятий и навыков всмежных образовательных областях [3, 5, 13, 14]:
· современныеинформационные технологии
· современноеоборудование исследовательской лаборатории
· математическиефункции и графики, математическая обработка экспериментальных данных,статистика, приближенные вычисления, интерполяция и аппроксимация
· методикапроведения исследований, составление отчетов, презентация проведенной работы [40].
1.3.1 Цифроваялаборатория «Архимед» в преподавании химии
Освоение техники работы с использованием цифровой лаборатории «Архимед»позволяет осуществить дифференцированный подход и развить у учащихся интерес ксамостоятельной исследовательской деятельности. Эксперименты, проводимые спомощью цифровой лаборатории «Архимед» очень наглядны и эффективны, это даётвозможность лучше понять и запомнить тему. С цифровыми лабораториями можнопроводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новыеисследования. Их применение значительно повышает наглядность, как в ходе самойработы, так и при обработке результатов [3].
Применениеисследовательского подхода к обучению создаёт условия для приобретения учащимисянавыков научного анализа явлений природы, осмыслению взаимодействия общества иприроды, осознанию значимости своей практической помощи природе.
Освоив работу с цифровойлабораторией «Архимед» каждый учитель сможет разрабатывать свои интересныелабораторные опыты, которые сделают процесс обучения более интересным изапоминающимся [3].
Достоинства цифровыхлабораторий [3].
1. Получение данных, недоступных втрадиционных учебных экспериментах.
2. Возможность производить удобнуюобработку результатов эксперимента.
3. Автоматизация сбора и обработкиданных экономит время и силы учащихся и позволяет сосредоточить внимание насути исследования.
4. Повышение уровня знаний по химии засчёт активной деятельности учащихся в ходе экспериментальной исследовательскойработы.
5. Способствуют раскрытию творческогопотенциала учащихся [14].
6. Уменьшают время, затрачиваемоеучителем и учащимся на организацию и проведение фронтального идемонстрационного эксперимента.
7. Повышают степень наглядностиэксперимента и его результата
8. Позволяют проводить измерения вприродных, полевых условиях
9. Способствуют решению и освоениюмежпредметных задач
В состав цифровыхлабораторий «Архимед» входят: (рис. 1)
1. Карманный компьютер(КПК). Устройство NOVA5000 – это специализированныйпортативный компьютер компании Fourier Systems, предназначенныйдля учебно-исследовательской деятельности. NOVA5000 объединяет стандартный интерфейс платформы Windows CE 5.0, регистратор данных и инструментарий для математическихвычислений.
Основныехарактеристики NOVA5000:
1. Операционная система Windows CE 5.0;
2. Полнофункциональный Интернетпосредством Ethernet или встроенного WiFi;
3. Поддержка удалённого рабочего столадля доступа с Сервера терминалов;
4. Поддержка электронной почты ивеб-браузер;
5. Обмен файлами с другими компьютерами черезUSB кабель стандартного ActivSync;
6. Быстрое включение/выключение;
7. Встроенный регистратор Fourier Systems и программы MultiLab для управления экспериментом и обработки полученных данных;
8. Текстовый редактор, электронныетаблицы и поддержка презентаций;
9. Работа с внешней памятью на слоте CompactFlash и на USB портах;
10.Поддержка периферии: клавиатура,мышь, принтер;
11.Работа с внешним монитором ипроектором;
3. Встроенныйгромкоговоритель [38].
Программноеобеспечение.
NOVA5000 поставляется с несколькими лицензионнымипрограммными продуктами. Вместе со встроенным программным обеспечениемплатформы Windows CE 5.0 они предоставляют пользователю достаточно широкие возможностидля проведения исследований, документирования и коммуникации. [38]
Сведения о программныхпродуктах, поставляемых с NOVA5000.
Комплект программныхпродуктов SoftMaker:
1. TextMaker. Полноценный текстовый редактор,включающий тезарус, сноски, проверку орфографии, таблицы. Совместим средактором Microsoft Word.
2. PlanMaker. Полноценная программа для работы стабличными данными. Совместима с табличным редактором Microsoft Excel [38].
Специальноепрограммное обеспечение.
Программа MultiLab CE от фирмы Fourier System. Программа MultiLab CE является интерфейсом, посредством которого NOVA5000 обрабатывает экспериментальныеданные, получаемые от встроенного регистратора данных.
Комплекс MultiLab предназначен для сбора, просмотра ианализа экспериментальных данных. Порты датчиков NOVA5000 позволяют подключать одновременно до восьмидатчиков (всего FourierSystem предлагает 52 вида датчиков) [38].
Возможности MultiLabCE[38]:
1. Сборка данных иотображение их в ходе эксперимента;
2. Выбор различныхспособов отображения данных – в виде графиков, таблиц, табло измерительныхприборов;
3. Обработка ианализ данных с помощью Мастера анализа;
4. Импорт/экспортданных текстового формата;
5. Ведение журналаэкспериментов;
6. Просмотр видеозаписипредварительно записанных экспериментов [38].
2. TriLink. Состав системы:
— регистратор TriLink;
— датчики;
— инсталляционный компакт– диск с программным обеспечением;
— адаптер AC/DC.
3. Комплект датчиков [38]:
1) рН-метр
Диапазон измерений 0-14единиц рН. Прибор находится в яйцеобразном пластиковом корпусе и снабжёнэлектродом для измерения концентрации ионов Н+, а также системой температурнойкомпенсации. Для осуществления температурной компенсации к регистратору следуетподключить вместе с рН- метром датчик температуры.
Принцип действиярН-метра [38]:
Внутри рН-метра имеетсядве полуячейки. Одна из них содержит электрод сравнения с известнойконцентрацией ионов водорода Н+. Другая, расположенная на днеэлектрода, является Н+ — чувствительной стеклянной мембраной (рН=-lg(Н+)). Разностьпотенциалов между двумя полуячейками представляет собой выходной сигналэлектрода, который несёт информацию о рН анализируемого раствора. В корпусеприбора этот сигнал преобразуется с помощью усилителя и подстроечногоконденсатора в напряжение в диапазоне 0-5 В, воспринимаемое аналого-цифровымпреобразователем устройства регистрации и сбора данных и хранится в его памяти,а затем может быть передан на КПК или ПК [38].
Техническиехарактеристики [38].
— Диапазон измерений 0-14рН
— Рабочий диапазонтемператур 0-100 0С
— Погрешность измерения ±2% ( во всём диапазоне измерения при условии температурной компенсации)
— Время достижения 95 %значения измеряемой величины 10 с
— Имеется регулировочныйвинт.
2) Датчик температуры.Датчик температуры предназначен для измерения температуры в водных и другиххимических растворах с погрешностью ±10С.
Принцип действиядатчика температуры [38].
Датчик подключаетсякабелем непосредственно к регистратору данных. На другом конце кабеля находитсячувствительный элемент. На датчик подаётся электрическое напряжение в 5 В, аего выходной сигнал, также в виде напряжения в диапазоне 0-5 В поступает навход аналого-цифрового преобразователя устройства регистрации и сбора данных ихранится в его памяти, а затем может быть передан на КПК или ПК.
Техническиехарактеристики.
— Диапазон измерений: (–25)0С – (+110) 0С.
— Разрешение 0,09 0С.
— Погрешность измерения±1% от измеряемой величины
— Чувствительный элементимеет стальной чехол, устойчивый к действию химических растворов [38].
4. Комплектметодических пособий [38].
5.Программноеобеспечение для сбора, анализа и обработки данных на КПК и ПК.
6. Цифровой микроскоп. Цифровой микроскоп приспособлен дляработы в школьных условиях. Оптический микроскоп снабжен преобразователем визуальнойинформации в цифровую, обеспечивает возможность передачи изображениямикрообъекта и микропроцесса в компьютер в реальном времени. Кроме тогообеспечивается возможность его хранения, в том числе в форме цифровойвидеозаписи, отображения на экране, распечатки, включения в презентацию [38].
Принцип действия цифровойлаборатории « Архимед»
· Сбор данных от датчикови их первичная обработка осуществляется с помощью измерительного Интерфейса иКПК Palm с использованием беспроводной связи Bluetooth.
· Послесинхронизации КПК Palm и ПК данныеможно просматривать на ПК, а затем производить дальнейшую обработку результатов.
· Сбор данных сразуна ПК также возможен в целях проведения демонстрационного эксперимента сиспользованием видеовозможностей программы [38].
1.3.2 Анализметодических разработок и материалов по применению цифровой лаборатории«Архимед» на уроках
Занятия с использованиемученического и фронтального эксперимента являются одним из важных этаповобразовательного процесса по химии. Во время проведения лабораторныхисследований ученику предоставляется возможность наблюдать и исследовать напрактике теоретические положения, пройденные в рамках аудиторных занятий.Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему,помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, повышает интерес кпредмету. Такую наглядность хорошо обеспечивает использование «Цифровыхлабораторий естественных наук». Основной целью создания цифровой лаборатории –является повышение эффективности учебного процесса, в частности, по химии засчет использования интерактивности и возможностей деятельностного подхода.
Установкав школе оборудования цифровой лаборатории позволяет:
· перевестишкольный практикум по химии на качественно новый уровень;
· подготовитьучащихся к самостоятельной творческой работе по химии;
· осуществитьприоритет деятельностного подхода к процессу обучения;
· развить уучащихся широкий комплекс общих учебных и предметных умений;
· овладетьспособами деятельности, формирующими познавательную, информационную,коммуникативную компетенции.
Разработчики цифровойлаборатории предлагают в своих пособиях следующие опыты, для проведения науроках, а также на факультативных занятиях по химии [38]:
1. Реакциинейтрализации (Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой)
2. Титрование всреде кислота/щёлочь
3. Окислительно-восстановительныереакции (Взаимодействие хлорида меди с алюминием)
4. Экзотермическиереакции (Растворение гидроксида натрия в воде)
5. Эндотермическиереакции (Растворение нитрата аммония в воде)
6. Закон Гесса.Аддитивность теплоты реакции
7. Теплота сгорания
8. Плавление икристаллизация
9.Измерение калорийностипродуктов питания [38]
10.Измерение кислотностиразличных напитков и бытовых моющих средств [40].
Недостатки цифровойлаборатории «Архимед»:
1. Согласно мнениюкомпетентных авторов использование в цифровой лаборатории «Архимед» карманногокомпьютера на базе Palm OS® – не самый удачный выбор со стороны разработчиков.Компьютеры Palm® предназначены для использования в качестве электронной«записной книжки». Их удобно брать с собой в поездки, ходить с ними на работу ит.д. Они хотя и имеют функцию синхронизации с настольным ПК, не совместимы сним по формату графических файлов, файловой системе и т.п. Компьютер, использующийсяв цифровой лаборатории должен работать в тесном контакте с настольным ПК. Авторстатьи считает, что для этой цели намного лучше подошел бы PocketPC® с операционнойсистемой от Microsoft® [41].
2. Достаточновысокая погрешность измерений [41]
3. Несинхронизированное сохранение данных: программа Imagi Probe 2.0 сохраняетданные произвольно, а не в папки, выбираемые экспериментатором [41].
4. Неудобства приработе с температурным датчиком: согласно идее разработчиков цифровойлаборатории «Архимед» температурный датчик необходимо целиком помещать ввещество, температуру которого мы хотим измерить. При этом возникает вопрос обизмерении температуры газа в термодинамическом процессе. Ведь датчик долженбыть соединен проводом с «Измерительным Интерфейсом». При этом необходимо будетнарушить герметизацию сосуда, а это испортит весь эксперимент. Так что припроведении термодинамических процессов приходится ограничиваться показаниямитемпературы воздуха рядом с исследуемым сосудом [41].
Несмотря на выделенные недостатки следует отметить, чтоцифровая лаборатория «Архимед» – это достаточно успешно используемая сегодня впрактике обучения по физике, химии, биологии, экологии и пр. лаборатория.Учителями создаётся и опробуется целый ряд методик применения КПК на уроках.Институт новых технологий проводит конкурсы подобных методических разработок [3];материалы по применению цифровых лабораторий «Архимед» стали все чащепоявляться в трудах образовательных конференций и конгрессов и в публикацияхпрессы [5, 10, 15] (причем размещенный в Интернете отчет о проведении семинара«Новые технологии в образовании» [15] сопровождается видеоматериалами,демонстрирующими учебную работу с КПК). Наконец, Московский Институт ОткрытогоОбразования (МИОО, www.mioo.ru) организовал в 2004 г. в числе методических мероприятий для учителей физики начальный и базовый курсы поиспользованию цифровых лабораторий «Архимед» в учебном процессе, тем самымвыводя тематику применения КПК в отечественной системе образования на«официально признанный» уровень.
Глава2. методы исследования
2.1 Настройка работы ирегистрация данных с помощью цифровой лаборатории «Архимед»
1.Запуск MultiLabCE.
Для запуска программы MultiLabCEвыберите команду Пуск → Программы→Наука →MultiLabCE.
2. Настройкадатчиков.
· В меню Регистраторвыберите команду Настройка.
· Далее откройтевкладку Датчики, флажок «Автоопределение» удалён, поэтому самостоятельновыбираем подключённые датчики в выпадающем меню полей: датчик температуры идатчик рН.
· Откройте вкладку Частотаи выберите частоту опроса: например, 1 замер в секунду. Затем откройте вкладку Замерыи в выпадающем меню выберите количество замеров: например, 500.
3. Записьданных.
Для начала записи данныхв меню Регистратор выберите команду Пуск.
2.2Анкетирование
Дляреализации цели работы – исследованиявозможностей цифровой лаборатории «Архимед» для применения в урочной ивнеурочной деятельности по химии нами былприменен метод анкетирования. Анкетирование – метод сбора первичногоматериала в виде письменного опроса респондентов с целью сбора информации спомощью анкеты о состоянии тех или иных сторон воспитательного процесса,отношения к тем или другим явлениям [12].
Мыиспользовали сплошное (опросвсех представителей выборки) анкетирование.По числу респондентов и типов контактов респондентов анкетирование‚ проводимоенами следует отнести к групповому (несколькореспондентов) и очному (вприсутствии исследователя-анкетёра)соответственно. Вопросы, предложенные учащимся были составлены в закрытой (содержитполный набор возможных ответов) и открытой (ответ целиком и полностьюформулирует сам респондент) форме (Приложение 7, 8). В закрытых вопросах респондентупредлагалось выбрать один или несколько из данных ему вариантов (количествовыборов оговаривалось после формулировки вопроса). В наших анкетах для закрытыхвопросов предъявлялись поливариантная (предусматривает список ответов) илишкальная (с ранжированием степени убеждения, отношения, впечатления и т.д.)форма вариантов ответов.
Глава3. Результаты и их обсуждение
Проект «Информатизациясистемы образования» (2004-2009 гг.), подготавливаемый сегодня Министерствомобразования РФ, направлен на реализацию принятой Правительством РФ «Концепциимодернизации российского образования».
Анализ состояния дел вобласти информатизации, проведенный в ходе подготовки проекта, выявил оструюнехватку специалистов, способных грамотно и эффективно использовать цифровыеобразовательные ресурсы на практике.
В связи с этим в рамкахпроекта планируется: создание новых моделей подготовки будущих учителей ипереподготовка уже практикующих.
Результатом такоймасштабной подготовки должен стать специалист – учитель, которой сможетэффективно применять возможности цифровых учебно-методических материалов, вчастности, цифровой лаборатории «Архимед» в урочной и внеурочной деятельности.
Целью нашей работы былоисследование возможностей цифровой лаборатории «Архимед» для применения вурочной и внеурочной деятельности по химии. В последующих частях работы мыпредлагаем разработанные нами или модифицированные с пособия разработчика опытыдля учителей, использующих в своей работе (планирующих использование) цифровуюлабораторию «Архимед».
3.1 Методическиеразработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для урочнойдеятельности
В предлагаемых работахиспользуется, входящие в состав цифровой лаборатории «Архимед» карманныйкомпьютер (КПК), устройство NOVA5000,TriLink, датчик рН и датчик температуры.
Тема: Растворениекак физико-химический процесс. Растворимость.
Типы растворов
Тема «Растворение какфизико-химический процесс. Растворимость. Типы растворов» изучается учащимися,обучающимися по УМК О. С. Габриеляна в 8 классе, в разделе 7. «Растворение.Растворы. Свойства растворов электролитов» (Приложение 1,2). Одним из элементовфизико-химического аспекта процесса растворения является поглощение или выделениетепла при растворении.
Опыт № 1.Экзотермические реакции. Растворениегидроксида натрия и безводного сульфата меди в воде[26, 38]
Цель работы: Проследить за изменением температурыпри растворении твёрдого гидроксида натрия и безводного сульфата меди в воде.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы:химический стакан на 250 мл, магнитная мешалка, ёмкость из пенопласта (бездна), крышка к стакану из пенопласта, едкий натр (10 г), датчик температуры, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан, погружённый в емкость(без дна) из пенопласта, 25 мл воды и поставьте на магнитную мешалку. Закройтеёмкость крышкой, с вставленной воронкой и датчиком температуры
Включите магнитнуюмешалку. Опустите в химический стакан, через воронку 10 г едкого натра (или 10 г безводного сульфата меди). Начните измерения. Повторите опыт 3 раза.
Результаты измерений: зарисовать полученные графикизависимости температуры от времени при растворениигидроксида натрия ибезводного сульфата меди в воде в тетрадь.
Опыт № 2.Эндотермические реакции. Растворение нитрата аммония в воде[38]
Цель работы:Проследить за изменением температуры в процессе растворениякристаллов нитрата аммония в воде.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, магнитная мешалка, ёмкость из пенопласта (без дна), крышка кстакану из пенопласта, 2,5 г твёрдого нитрата аммония, 25 мл водопроводнойводы, датчик температуры, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта 25 мл воды и поставьте на магнитнуюмешалку. Закройте ёмкость крышкой, с вставленной воронкой и датчикомтемпературы (рис. 2). Включите магнитную мешалку. Начинайте регистрацию данных.Опустите в химический стакан 2,5 г нитрата аммония при включённой мешалке. Следитеза изменением температуры. Повторите опыт 3 раза.
Результаты измерений: зарисовать полученный графикзависимости температуры от времени при растворении нитрата аммония в воде втетрадь (рис. 3).
Тема: Тепловойэффект химической реакции
Тема «Тепловой эффект химическойреакции» изучается учащимися, обучающимися по УМК О. С. Габриеляна в 11 классе,в разделе 2. «Строение веществ и их свойства» (Приложение 3).
Опыт № 1.Эндотермические реакции. Понижение температуры раствора при растворениинекоторых солей в воде[39]
Цель работы: Проследить за изменением температурыпри растворении ряда солей в воде. Отметить, какая соль даст наибольшеепонижение температуры.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, ёмкость из пенопласта (без дна), крышка к стакану изпенопласта, нитрат калия, нитрат аммония, тиосульфат натрия, дистиллированнаявода, датчик температуры, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта 50 мл воды и поставьте намагнитную мешалку. Закройте ёмкость крышкой, с вставленной воронкой и датчикомтемпературы (рис.2). Включите магнитную мешалку, начинайте растворять в воде20-25 г соли, включив при этом регистратор данных. Опыт с каждой сольюповторяют 3 раза. Отметьте, какая соль даст наибольшее понижение температуры.
Результаты измерений: зарисовать полученные графикизависимости температуры от времени при растворении нитрата аммония в воде в тетрадь.
Опыт № 2.Аддитивность теплоты реакции. Закон Гесса[38]
Цель работы: Проверить на практике выполнениезакона Гесса (Формулировка закона: сумма энтальпий отдельных этапов реакции должнаравняться полному изменению энтальпии всей реакции), используя возможности цифровойлаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, ёмкость из пенопласта (без дна), крышка к стакану изпенопласта, магнитная мешалка, 1 М раствор едкого натра, 1 М раствор соляной кислоты, 0,5 М раствор соляной кислоты, дистиллированная вода, датчиктемпературы, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта 100 мл воды и поставьте намагнитную мешалку. Закройте ёмкость крышкой, с вставленной воронкой и датчикомтемпературы (рис. 2). Включите магнитную мешалку и перемешивайте воду до техпор, пока во всём объёме химического стакана не установится температура,приблизительно равная комнатной. Начинайте регистрацию данных.
Реакция №1.Добавьте в химический стакан 2 г кристаллического гидроксида натрия и сразу закройте крышкой. Включите магнитную мешалку. Следитена экране за температурой до прекращения её изменения. Остановите регистрацию,нажав кнопку «Стоп» на панели инструментов. Повторите эксперимент 3 раза.Высчитайте среднее. Полученный результат (температура в конце опыта) занесите втетрадь.
Реакция №2. Повторите реакция растворения, используя вместо воды100 мл 0,5 М раствора соляной кислоты. Повторите эксперимент 3 раза. Высчитайтесреднее. Полученный результат (температура в конце опыта) занесите в тетрадь.
Реакция №3. Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта 50 мл 1 М раствора соляной кислоты и поставьте на магнитную мешалку. Закройте ёмкость крышкой, свставленной воронкой и датчиком температуры (рис.2). Включите мешалку иперемешивайте 1 М раствор соляной кислоты до тех пор, пока во всём объёмехимического стакана не установится температура, приблизительно равнаякомнатной. Начинайте регистрацию данных. Добавьте в химический стакан 50 мл 1 М раствора едкого натра. Включите магнитную мешалку. Следите на экране за температурой допрекращения её изменения. Остановите регистрацию, нажав кнопку «Стоп» на панелиинструментов. Повторите эксперимент 3 раза. Высчитайте среднее. Полученный результат(температура в конце опыта) занесите в тетрадь.
Результаты измерений: высчитайте тепловой эффект каждой изтрёх реакций и проверьте соответствие полученного вами результата закону Гесса(сумма энтальпий отдельных этапов реакции должна равняться полному изменениюэнтальпии всей реакции)
Опыт № 3. Теплотасгорания[38]
Цель работы: Определить теплоту сгораниямагниевой стружки.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, ёмкость из пенопласта (без дна), крышка к стакану изпенопласта, магниевая стружка (1,5 г), оксид магния (3 г), 1М раствор соляной кислоты (500 мл ), магнитная мешалка, датчик температуры, цифроваялаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта 100 мл 1 М раствора соляной кислоты и поставьте на магнитную мешалку. Закройте ёмкость крышкой, свставленной воронкой и датчиком температуры (рис. 2). Начинайте регистрациюданных.
Реакция №1: начните перемешивать в чашке растворсоляной кислоты (до достижения постоянной температуры). Добавьте в химическийстакан 1 г порошка оксида магния. Следите по графику за температурой до прекращенияеё изменения. Остановите регистрацию, нажав кнопку «Стоп», на панелиинструментов. Повторите эксперимент 3 раза. Высчитайте среднее. Полученныйрезультат (температура в конце опыта) занесите в тетрадь.
Реакция №2: повторите предыдущее исследование,используя 0,5 г магниевой стружки вместо порошка оксида магния. Повторитеэксперимент 3 раза. Высчитайте среднее. Полученный результат (температура вконце опыта) занесите в тетрадь.
Опыт № 4. Тепловойэффект сгорания топлива [38]
Цель работы: Определить и сравнить между собой тепловыеэффекты сгорания различных видов топлива: парафин и этанол, используя возможностицифровой лаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстаканиз термостойкого стекла, весы, мерный цилиндр, вода, стекляннаяпалочка для перемешивания, свеча, спиртовка, спички, датчик температуры, цифроваялаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 200
Ход опыта: Определите массу химического стаканадля воды. Добавьте в него 100 мл воды. Определите массу свечи до началаэксперимента. Закрепите сосуд с водой в кольцевом кронштейне. Поместитетемпературный датчик в воду так, чтобы он не касался дна сосуда. Перемешайтеводу в сосуде и добейтесь постоянной температуры во всём объёме сосуда.Начинайте регистрацию данных. Зажгите свечу. В процессе нагревания водыпродолжайте её перемешивать. Погасите свечу, когда температура достигнет 40 0С.После того, как температура перестанет расти, остановите регистрацию. По окончанииэксперимента определите массу свечи. Замените свечу спиртовкой и повторитеэксперимент с 200 мл воды. Не забудьте определить массу спиртовки до еёзаполнения этанолом. Закройте спиртовку металлической пластинкой перед тем, какпотушить её, и остудите её до комнатной температуры. Определите массу горелки состатками этанола. Эксперимент повторяют 3 раза.
Тема: Среда водныхрастворов. Водородный показатель
Тема «Среда водныхрастворов. Водородный показатель» изучается учащимися, обучающимися по УМК О.С. Габриеляна в 11 классе, в разделе 2. «Строение веществ и их свойства» (Приложение3).
Опыт № 1.Растворение гидроксида натрия вводе[38]
Цель работы: Проследить за изменением изменениемрН при растворении твёрдого гидроксида натрия в воде.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, магнитная мешалка, крышка к стакану из пенопласта, едкий натр(10 г), датчик рН, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта, 25 мл воды и поставьте намагнитную мешалку. Закройте ёмкость крышкой, с вставленной воронкой и датчикомрН (рис.2). Включите магнитную мешалку. Опустите в химический стакан, черезворонку 10 г едкого натра. Начните измерения рН. Повторите опыт 3 раза.
Результаты измерений: зарисовать полученный график зависимостирН от времени при растворении гидроксида натрия в воде в тетрадь( рис. 4).
/>
Рис. 4 — Пример графиказависимости рН от времени при растворении гидроксида натрия в воде
Тема: Реакцииионного обмена
Тема «Реакции ионногообмена» изучается учащимися, обучающимися по УМК О. С. Габриеляна в 11 классе,в разделе 2. «Строение веществ и их свойства» (Приложение 3).
Опыт № 1. Реакции нейтрализации.Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой[38]
Цель работы: проследить за изменением рН и температурыпри прохождении реакции нейтрализации, используя возможности цифровой лаборатории«Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, бюретка на 25 мл, магнитная мешалка, штатив, крышка к стакануиз пенопласта, цифровая лаборатория «Архимед»; раствор фенолфталеина, 0,1 М раствор едкого натра, 0,1 М раствор соляной кислоты, датчик температуры, датчик рН.
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений– каждую секунду;
2) число замеров –500
Ход опыта: В химический стакан наливают 25 мл0,1н. раствора соляной кислоты, добавляют 2-3 капли раствора фенолфталеина.Закрывают стакан крышкой из пенопласта. В стакан, через отверстие в крышке,помещают рН- метр и датчик температур, а также носик бюретки, предварительно заправленной 0,1 М раствором едкого натра. Стакан помещают на магнитную мешалку
Далее одновременно начинаютдобавлять по каплям 0,1 М раствор едкого натра и включают магнитную мешалку. Отмечаеммомент изменения окраски раствора в стакане (до розовой). Опыт повторяют 3раза.
Результаты: зарисовать график зависимости рН итемпературы от времени при прохождении реакции нейтрализации в тетрадь
Тема: Окислительно-восстановительныереакции
Тема«Окислительно-восстановительные реакции» изучается учащимися, обучающимися поУМК О. С. Габриеляна в 11 классе, в разделе 2. «Строение веществ и их свойства»(Приложение 3).
Опыт №1. Изменениетемпературы при окислительно-восстановительных реакциях. Взаимодействие хлоридамеди с алюминием [38]
Цель работы: Проследить за изменением температурыв процессе окислительно-восстановительной реакции, используя возможностицифровой лаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, магнитная мешалка, крышка к стакану из пенопласта, хлоридмеди (крист.) массой 2,5г, алюминиевая фольга, 25 мл водопроводной воды, датчиктемпературы, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта: Налейте в химический стакан,погружённый в емкость (без дна) из пенопласта, 25 мл воды и поставьте намагнитную мешалку. Закройте ёмкость крышкой, с вставленной воронкой и датчикомтемпературы (рис.2).
Включите магнитнуюмешалку Опустите в химический стакан 2,5 г. хлорида меди. Добавьте алюминиевой фольги. Начинайте регистрацию данных. Повторите опыт 3 раза.
Результаты измерений: зарисовать график зависимоститемпературы от времени при окислительно-восстановительной реакции в тетрадь.
Тема: Гидролизнеорганических веществ
Тема «Гидролиз. Гидролизнеорганических веществ» изучается учащимися, обучающимися по УМК О. С.Габриеляна в 11 классе, в разделе 2. «Строение веществ и их свойства» (Приложение3).
Опыт № 1. Влияниетемпературы на степень гидролиза ацетата натрия[26]
Цель работы: Проследить за изменением степенигидролиза ацетата натрия и реакции среды в зависимости от изменениятемпературы, используя возможности цифровой лаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: химическийстакан на 250 мл, ёмкость для стакана из пенопласта (без дна), крышка к стакануиз пенопласта, раствор фенолфталеина, 0,1 н. раствор ацетата натрия,электроплитка, датчик температуры, датчик рН, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 1500
Ход опыта: В химический стакан налейте 25 мл 0,1 М раствора ацетата натрия и добавьте несколько капель раствора фенолфталеина (из расчёта, что на1-2 мл раствора ацетата натрия необходимо 1-2 капли фенолфталеина). Закройтехимический стакан крышкой с вставленными датчиками температуры и рН. Поставьтехимический стакан на электроплитку. Начинайте регистрацию данных и наблюдайтеза изменением окраски раствора. Раствор будет становиться малиновым (рН будетрасти) по мере повышения температуры, так как при нагревании гидролизусиливается. Опыт повторяется 3 раза.
Результаты измерений: построить график зависимости рН и температурыот времени при прохождении реакции гидролиза. Сделать вывод об изменениистепени гидролиза ацетата натрия в зависимости от температуры.
3.2 Методическиеразработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», дляэлективных курсов и исследовательской работы учащихся
3.2.1 Методическиеразработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», дляэлективного курса «Химия и медицина»
Элективный курс «Химия имедицина» рассматривает, в частности, вопросы здорового питания (занятие № 2, см. Приложение 4).
Анализ качествапищевых продуктов.
Цель работы: познакомиться с методами анализакачества продуктов питания и сырья для производства продуктов питания,используя возможности цифровой лаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный опыт)
Оборудование иреактивы: молоко,хлеб, мука, 0,1 М раствор едкого натра, 2% спиртовой раствор фенолфталеина,дистиллированная вода; конические колбы для титрования, датчик рН, цифроваялаборатория «Архимед».
Опыт №1. Процесс скисаниямолока[38]
Цель опыта: Проследить за изменением рН молока,находящегося в термосе около 30 часов.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: термосёмкостью 1 литр (с пробкой, позволяющей хорошо загерметизировать провод рН-метра, датчик рН, соединительный провод для датчика, молоко коровье цельноенепастеризованное и молоко пастеризованное, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую минуту;
2) число замеров – 2000
Ход работы: Залейте 750 мл не пастеризованногомолока комнатной температуры в термос. Погрузите в не пастеризованное молокоэлектрод датчика рН-метра и закройте термос крышкой так, чтобы не повредитьпроходящий через пробку кабель электрода. Начинайте регистрацию данных. Через30 часов остановите регистрацию данных. Повторите опыт с пастеризованным молоком.
Результаты измерений:постройте графикзависимости рН от времени при скисании пастеризованного и не пастеризованногомолока. Проанализируйте динамику и выделите критические точки понижения рН.
Опыт № 2.Определение кислотности молока[19]
Цель опыта: определить свежесть пастеризованногои не пастеризованного молока, находившегося разное время (0,5, 2, 5, 7, 15, 20часов) при комнатной температуре (200С), проследив за изменением рН.
Форма работы: индивидуальная (в группах).
Оборудование иреактивы: молокопастеризованное и не пастеризованное, 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы для титрованиия, мешалка, фенолфталеин, датчик рН, соединительныйпровод для датчика, цифровая лаборатория « Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: В колбу для титрования наливают 10мл молока, 20 мл дистиллированной воды, 5 капель 2% раствора фенолфталеина.Смесь хорошо перемешивают при помощи магнитной мешалки. Затем опускают датчикрН и начинают по каплям из бюретки прибавлять 0,1 М раствор едкого натра, при включённой мешалке, до рН 8,2 (по показаниям прибора), фиксируя приэтом цвет индикатора (появление розоватой окраски). Полученные данные занести втаблицу 1. Опыт повторяют 3 раза.
Таблица 1 — Кислотностьмолока
Образец молока Объём молока, мл Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность молока, град Пастеризованное молоко Пастеризованное молоко, образец 1 Пастеризованное молоко, образец 2 Пастеризованное молоко, образец 3 Не пастеризованное молоко Не пастеризованное молоко, образец 1 Не пастеризованное молоко, образец 2 Не пастеризованное молоко, образец 3
Результаты измерений: вычислить кислотностьпастеризованного и не пастеризованного молока в условных градусах Тёрнера поформуле [19]:
Кислотность молока = Vр(NaOH) · 10
Свежее молоко имеет 16-18градусов кислотности по Тёрнеру. Предельная кислотность свежего молока 20 градусов.
Задание.
1. Сделать вывод освежести использованного молока
2. Чем вызванакислотность молока, какая кислота образуется при скисании молока? Напишитеуравнения реакции образования этой кислоты и её нейтрализацию гидроксидом натрия.
Опыт № 3.Определение кислотности хлеба[19]
Цель опыта: определить кислотность разных видовхлебобулочной продукции, проследив за изменением рН при титровании.
Форма работы: индивидуальная (в группах).
Оборудование иреактивы:хлебобулочная продукция (хлеб Дарницкий, хлеб пшеничный из сортовой муки, батон,хлеб пшеничный, приготовленном на жидких дрожжах, хлеб пшеничный обойный, хлебржаной из сеяной муки), 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка,колбы для титрованиия, мешалка, фенолфталеин, датчик рН, соединительный проводдля датчика, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта:
Подготовка канализу.Образцы разрезают пополам по ширине иот одной половины отрезают кусок (ломоть) массой около 70 г, у которого срезают корки и подкорочный слой общей толщиной 1 см. Для изделий массой менее 200 г берут целые булки, с которых срезают корки слоем приблизительно 1 см. Из кусков приготовленных изделий удаляют все включения (повидло, варенье,, изюм и т.п.), затемих быстро измельчают и перемешивают.
25 г измельченного мякиша отвешивают спогрешностью до 0,05 г. Навеску помещают в сухую бутылку (типа молочной)вместимостью 500 см3, с хорошо пригнанной пробкой. Мерную колбувместимостью 250 см3 наполняют до метки дистиллированной водой, подогретойдо температуры 60 °С. Около 1/4 взятой дистиллированной воды переливают в бутылкус хлебом, который после этого быстро растирают деревянной лопаточкой дополучения однородной массы, без заметных комочков нерастертого хлеба.
К полученной смесиприбавляют из мерной колбы всю оставшуюся дистиллированную воду. Бутылкузакрывают пробкой и энергично встряхивают в течение 3 мин. После встряхиваниядают смеси отстояться в течение 1 мин и отстоявшийся жидкий слой осторожносливают в сухой стакан через чистое сито или марлю.
Из стакана отбираютпипеткой по 50 см3 раствора в три конические колбы вместимостью по 100-150см3 каждая. Затемопускают датчик рН и начинают по каплям из бюретки прибавлять 0,1 М раствор едкого натра, при включённой мешалке, до рН 8,2 (по показаниям прибора), фиксируя приэтом цвет индикатора (появление розоватой окраски). Полученные данные занести втаблицу 2. Опыт повторяют 3 раза.
Таблица 2 — Кислотностьхлеба
Образец хлеба Объём хлебной вытяжки, мл Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность хлеба, град Хлеб пшеничный из сортовой муки Образец 1 Образец 2 Образец 3 Хлеб пшеничный, приготовленном на жидких дрожжах Образец 1 Образец 2 Образец 3 Хлеб пшеничный обойный Образец 1 Образец 2 Образец 3 Хлеб ржаной из обойной муки Образец 1 Образец 2 Образец 3 Хлеб ржаной из обдирной муки Образец 1 Образец 2 Образец 3 Хлеб ржаной из сеяной муки Образец 1 Образец 2 Образец 3
Результатыизмерений: вычислитькислотность образцов хлеба по формуле [29]:
Кислотность хлеба = 25·50·4·V/(250·10),
где V – объем 0,1 моль/дм3раствора гидроксида натрия, см3; 1/10 – приведение 0,1 моль/дм3раствора гидроксида натрия или гидроксида калия к 1 моль/дм3; 4 –коэффициент, приводящий к 100 г навески; 25 – масса навески испытуемогопродукта, г; 250 – объем воды, взятый для извлечения кислот, см3; 50– объем испытуемого раствора, взятый для титрования, см3.
Проведённое намииспытание с образцом хлеба «Сеянный», показало следующий результат: (таблица 3)
Таблица 3 — Кислотностьхлеба «Сеяный»
Образец хлеба Объём хлебной вытяжки, мл Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность хлеба, град Хлеб ржаной из сеяной муки Образец 1 50 4,95 5 6,25 Образец 2 50 5,0 Образец 3 50 5,05
По нашему мнениюиспользование цифровой лаборатории «Архимед» для исследования кислотности хлебапомогает в определении, поскольку слабо-розового окрашивания фенолфталеина непоявляется, даже при приливании большого избытка гидроксида натрия.
Опыт №4.Определение кислотности муки[19]
Цель опыта: определить кислотность разных сортови видов муки, проследив за изменением рН при титровании.
Форма работы: индивидуальная (в группах).
Оборудование иреактивы: разныесорта и/или виды (пшеничная, ржаная, кукурузная) муки, 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы для титрованиия, мешалка, фенолфталеин,датчик рН, соединительный провод для датчика, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: В колбу для титрования помещают 5 г муки, затем прибавляют 40 мл воды, 5-6 капель фенолфталеина. Затем опускают датчик рН, начинаютрегистрацию данных и приливание (по каплям) 0,1 М раствор едкого натра при включённой мешалки до рН 8,2. Опыт повторяют 3 раза. Полученные данныезанести в таблицу 4.
Таблица 4 — Кислотностьмуки
Образец муки Масса муки в образце, г Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность муки, град Мука пшеничная Образец 1 Образец 2 Образец 3 Мука ржаная Образец 1 Образец 2 Образец 3 Мука кукурузная Образец 1 Образец 2 Образец 3
Результаты измерений: вычислить кислотность образцов мукипо формуле:
Кислотность муки = V(NaOH) · 20 / 10
Опыт №4.Определение свежести творога[19]
Цель опыта: определить кислотность разных видовтворога, проследив за изменением рН при титровании.
Форма работы: индивидуальная (в группах).
Оборудование иреактивы: разныевиды творога, 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы длятитрованиия, мешалка, фенолфталеин, датчик рН, соединительный провод длядатчика, цифровая лаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: В колбу для титрования помещают 10 г творога (очистить от изюма и др. включений) и небольшими порциями приливают 20 мл воды, нагретойдо 30-40 0С. Творог тщательно перемешивают стеклянной палочкой.Прибавляют 5 капель спиртового раствора фенолфталеина. Помещают в раствор датчикрН, начинают регистрацию данных, одновременно прибавляя 0,1 н. растворгидроксида натрия до рН 8,2 (появления розовой окраски). Опыт повторяют 3 раза.Полученные данные занести в таблицу 5.
Таблица 5 — Кислотность творога
Образец творога Масса творога в образце, г Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность творога, град Образец творога 1 1 2 3 Образец творога 2 1 2 3 Образец творога 3 1 2 3
Результаты измерений: вычислить кислотность образцовтворога по формуле:
Кислотность творога = V(NaOH) · 20
Анализ качествафармацевтических препаратов
Опыт №1. Анализкислоты борной[21]
Кислота борная — Н3ВО3, впромышленности получают из борсодержащих минералов действием концентрированнойсерной кислотой:
Mg2B2O5·H2O + 2H2SO4 → 2MgSO4 + 2Н3ВО3
Чистая кислота борнаяпредставляет собой жирные на ощупь, бесцветные, прозрачные чешуйчатые кристаллыили мелкий белый кристаллический порошок без запаха. В холодной водерастворяется плохо, в горячей хорошо. Растворима в спирте (1:25) и медленно(1:7) в глицерине.
Применение:
— в виде 2-3% растворовдля полоскания горла;
— в мазях и присыпках;
— 1-2% водные растворы вглазной практике.
Кислота борнаяпринадлежит к очень слабым кислотам: константа диссоциации её 5,75·10-10.Соли, образующиеся при титровании кислоты борной щёлочью, очень сильногидролизуются, и раствор становится щёлочным значительно ранее достиженияэквивалентной точки.
Известные методыопределения кислоты борной основаны большей частью на том, что она реагирует смногоатомными спиртами, образуя более сильные комплексные кислоты, которыеможно точно титровать, используя индикатор фенолфталеин. Для этой цели былопредложено добавлять нейтральный глицерин. Кроме глицерина, можно применять идругие многоатомные спирты, например, манит.
Предлагаемый опытиспользуется на занятии «Неорганические вещества как лекарства» элективногокурса «Химия и медицина».
Цель работы: провести идентификацию иколичественный анализ кислоты борной, используя возможности цифровой лаборатории«Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный опыт )
Оборудование иреактивы: 2 М раствор хлороводородной кислоты, кислота борная, глицерин, фенолфталеин, 0,1 М раствор гидроксида натрия; колба для титрования, магнитная мешалка, датчик рН.
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход опыта:Количественное определение борнойкислоты
Массу навески борнойкислоты в 0,05 г перенесите в колбу для титрования, растворите при небольшомнагревании в 20 мл воды, охладите, добавьте 5 мл глицерина, 5 капельфенолфталеина. Опустите в стакан датчик рН и начинайте регистрацию данных приодновременном добавлении 0,1 М раствора гидроксида натрия до рН 8,2. Опытповторите 3 раза.
Примечание:
— навеску можнорастворять или в горячей воде, или при слабом нагревании;
— перед добавлениемфенолфталеина и глицерина раствор обязательно охладить (под струёй холоднойводы);
— титровать медленно покаплям и обязательно на белом фоне.
Определение содержаниякислоты борной в процентах [21]
Содержание кислоты борнойв процентах (Х) вычислите по формуле:
X= V·K·T·100 / a= V·K· 0,00618 ·100 / 0,05,
где V – объём 0,1 М раствора гидроксида натрия, мл; К – поправочный коэффициент; Т – 0,00618 г/мл; а – массанавески борной кислоты, взятая для определения, г. По требованиям ГФ Хсодержание Н3ВО3 должно быть не менее 99,5%.
Задания:
1. Выполнив работу, напишите уравненияреакций количественного определения, сделайте вывод, что анализироваласьдействительно борная кислота.
2. Сравните процентное содержаниеисследуемой кислоты борной с требованиями ГФ Х. Сделайте заключение можно лиготовить из неё лекарственные формы.
Опыт №2. Анализкислоты ацетилсалициловой[21]
Предлагаемый опытиспользуется на занятии «Экскурсия в домашнюю аптечку» элективного курса «Химияи медицина».
Цель работы: провести идентификацию иколичественный анализ ацетилсалициловой кислоты, используя возможности цифровойлаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный опыт)
Оборудование иреактивы: препаратацетилсалициловой кислоты, вода, раствор гидроксида калия, серная кислота,спирт, раствор фенолфталеина, 0,1 н. раствор гидроксида натрия; колба длятитрования, датчик рН.
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Реакция №1. Идентификация кислотыацетилсалициловой
Около 0,1 г препарата растворите в 5 мл раствора гидроксида калия, кипятите в течение 3 мин., послеохлаждения подкислите серной кислотой; выпадает белый кристаллический осадок иощущается запах уксусной кислоты.
Реакция №2. Анализ кислоты ацетилсалициловой
Массу препарата в 0,05 г поместите в колбу для титрования и растворите навеску в 3 мл спирта, добавьте 5 мл воды, 3капли индикатора фенолфталеина. Опустите в химический стакан датчик рН иначинайте регистрацию данных, одновременно прибавляя 0,1 н. раствор гидроксиданатрия до рН 8,2 (появления розового окрашивания). Опыт повторите 3 раза.
Определение содержаниякислоты ацетилсалициловой в процентах.
Содержание кислотыацетилсалициловой в процентах (Х) вычислите по формуле:
X= V·K·T·100 / a= V·K· 0,018 ·100 / 0,05,
где V – объём 0,1н раствора гидроксиданатрия, мл; К – поправочный коэффициент; Т- 0,018г/мл; а – масса навескиацетилсалициловой кислоты, взятая для определения, г.
По требованиям ГФ Хсодержание кислоты ацетилсалициловой должно быть не менее 99,5%.
Задание:
1.Сравните процентное содержаниеисследуемой кислоты ацетилсалициловой с требованиями ГФ Х. Сделайте заключениеможно ли готовить из неё лекарственные формы.
Опыт №3. Анализкислоты аскорбиновой [1]
Кислота аскорбиновая –витамин С, С6Н8О6.Белый кристаллический порошок кислого вкуса; легко растворим в воде, спирте,нерастворим в эфире, бензоле и хлороформе.
Предлагаемый опытиспользуется на занятии «Витамины» элективного курса «Химия и медицина».
Цель работы: провести идентификацию иколичественный анализ аскорбиновой кислоты, используя возможности цифровойлаборатории «Архимед».
Форма работы: фронтальная (демонстрационный опыт)
Оборудование иреактивы: препаратаскорбиновой кислоты, вода, раствор фенолфталеина, 0,1 н. раствор гидроксиданатрия; колба для титрования, датчик рН.
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Ход работы: Около 0,3 г препарата помещают в колбу для титрования и растворяют в 25 мл воды, опускают датчик рН ититруют 0,1 н. раствором натрия гидроксида до рН 8,2 (появления розовогоокрашивания). Опыт повторяют 3 раза.
3.2.2 Методическиеразработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», дляэлективного курса «Химия и экология»
Элективный курс «Химия иэкология» рассматривает, в частности, вопросы мониторинга почв ( Приложение 5).В практикум к элективному курсу «Химия и экология» [37] включено занятие«Мониторинг почвы», на котором учащиеся проводят опыты по определению структурыпочвы, определению окраски почвы и водопрочности структурных агрегатов,определению обменной кислотности в почвенной вытяжке, определениюкарбонат-иона, хлорид-иона, сульфат-иона, ионов натрия, железа (II) и (III) в почвенной вытяжке. Экологический аспект анализапочвы включает также исследование кислотности почв. Мы несколькомодернизировали опыт, предлагаемый в «Тетради для лабораторных опытов ипрактических работ к учебнику О.С. Габриеляна «Химия. 8 класс» [8],адаптировав его к возможностям цифровой лаборатории «Архимед»
Опыт № 1. Анализпочвы[8]
Цель работы: Определить характер среды (кислая, щелочная,нейтральная) различных видов почв и сделать вывод об их пригодности для выращиванияразличных с/х растений.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы:лабораторный штатив с муфтой и кольцом, воронка, фильтровальная бумага,пробирка, стеклянная палочка, 2 химических стакана, датчик рН, цифроваялаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 500
Приготовление почвенногораствора. В химическийстакан поместите почву. Прилейте дистиллированную воду, объём которой долженбыть в 3 раза больше объёма почвы. Хорошенько перемешайте стеклянной палочкой.
Приготовьтелабораторный штатив. Наденьтемуфту на стержень штатива так, чтобы винт, закрепляющий её, был справа отстержня штатива. Закрепите в муфту кольцо так, чтобы стержень кольцаподдерживал не только винт, но и муфта. Поместите в кольцо воронку.
Приготовьте бумажныйфильтр. Смочитефильтр водой, чтобы он плотнее прилегал к стенкам воронки и чтобы сухой фильтрне впитывал фильтруемую жидкость. При фильтровании жидкость наливайте на фильтрпо палочке тонкой струёй, направляя её на стенку воронки, а не на непрочныйцентр фильтра, чтобы его не разорвать. Подставьте под воронку химический стакани профильтруйте подготовленную смесь почвы и воды. Почва останется на фильтре,а собранный в пробирке фильтрат представляет собой почвенную вытяжку (почвенныйраствор).
В почвенную вытяжкупоместите датчик рН и начинайте регистрацию данных. Эксперимент проделайте неменее 3-х раз.
Результаты измерений: занесите полученные данные в таблицу6 «Кислотность почв» и сделайте вывод об их пригодности для выращивания различныхс/х растений.
Таблица 6 — Кислотностьпочв
Образец почвы
рН Образец почвы № 1 Образец почвы № 2 Образец почвы № 3 Опыт 2. Коррозия металлов
Данныйэкспериментможет быть проведён на элективном курсе «Химия и экология», в рамках подготовкик ученическим конференциям и в урочной деятельности в 9 классе при изучениитемы «Металлы» на уроке № 13 «Общие понятия о коррозии металлов» (Приложение 1).
Цель работы: изучить влияние продуктов коррозиина развитие водных растений, используя при этом возможности цифровойлаборатории «Архимед» (насадка рН-метр).
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Опыт 1. Влияниепродуктов коррозии металлов на развитие водных растений
Опыт закладывают за 4 днядо урока (можно на предыдущем уроке). Значения рН регистрируют в одно и тожевремя один раз в день. Полученные по водородному показателю данные представляютучащимся в виде графика. А сами опытные образцы демонстрируют на уроке.
Реактивы иоборудование: вода,железный гвоздь, кусочек меди (цинка, олова), водоросли; 3 химических стакана.
Ход работы: Три химических стакана вместимостью100 мл наполняют водой и помещают в них водоросли. Во 2-й стакан опускаютгвоздь, в 3-й – гвоздь и кусочек меди (цинка, олова), а 1-й стакан оставляют вкачестве контрольного. В течение 4 дней делают контрольные замеры pН воды вовсех стаканах, проводят обнаружение ионов металлов (Fe2+, Fe3+,Zn2+, Cu2+, Sn2+).
Наблюдения:
Через 5 дней можнонаблюдать резкое изменение pН воды во 2-м и 3-м стаканах по сравнению сконтрольным, а также внешнего вида растений: они буреют, сильно ослизняются,отмирает корневая система.
Ход опыта: Четыре химических стаканавместимостью 50 мл наполняют водой и:
В стакан № 1: помещаютводоросли – контрольный образец
В стакан №2: помещаютводоросли и железный гвоздь
В стакан № 3: помещаютводоросли и железный гвоздь, с медной проволокой
В стакан № 4: помещаютводоросли и железный гвоздь, с цинковой стружкой
· В течение 4 днейделают контрольные замеры pН воды во всех стаканах
· Значения рНрегистрируют в одно и тоже время один раз в день.
· Полученные поводородному показателю данные представляются учащимся в виде графика.
· Сами опытныеобразцы растений демонстрируют на последнем элективе.
Наблюдения:
Через 5 дней можнонаблюдать изменение pН воды во 2-м, 3-м,4-м стаканах по сравнению сконтрольным, а также внешнего вида растений: они буреют, сильно ослизняются. (таблица 7)
Таблица 7 — Водородныйпоказатель при прохождении процессов коррозии металлов в воде
Дата
измерения Стакан №1 Стакан №2 Стакан №3 Стакан №4 Первый день 8,38 8,37 8,30 8,33 Второй день 9,07 9,26 8,95 8,43 Третий день 9,10 9,68 9,15 8,58 Четвёртый день 9,14 9,75 9,20 8,63 Пятый день 9,15 9,75 9,47 8,68
Теоретическоеобоснование процесса
Коррозия – это самопроизвольное разрушениеметаллических материалов, происходящее под химическим воздействием окружающейсреды [42].
В результатеэлектрохимической коррозии окисление металла может приводить как к образованиюнерастворимых продуктов (например ржавчины), так и к переходу металла в растворв виде иона. Ржавчина представляет собой гидратированный оксид железа – Fe2O3· xH2O. Ржавление протекает под воздействиемводы и кислорода. Это электрохимический процесс, при котором одни частицыжелеза играют роль катода, а другие – анода.
Важнейшими окислителями,вызывающими электрохимическую коррозию являются кислород и ионы водорода.
О2 + 2Н++ 4e = 2Н2О
2Н+ + 2e = Н2
Образец в стакане № 2:
В анодной области:
Fe(тв) – 2е → Fe2+(водн),
В катодной области:
О2(водн) + 2Н2О(ж.)+ 4е → 4ОН-(водн)
При контакте катодной ианодной областей происходит осаждение Fe(OH)2. Воздух окисляет его иобразуется ржавчина:
Fe(OH)2(тв.) + 0,5О2 + Н2О→ Fe2O3· xH2O
Образец в стакане № 3(катодное покрытие): металлвключения (Cu) имеет больший потенциал, чемосновной металл (Fe)
В анодной области:
Fe(тв) – 2е → Fe2+(водн)
В катодной области:
2Н+ + 2e → Н2
О2(водн) + 2Н2О(ж.)+ 4е → 4ОН-(водн)
При контакте катодной ианодной областей происходит осаждение Fe(OH)2. Воздух окисляет его иобразуется ржавчина:
Fe(OH)2(тв.) + 0,5О2 + Н2О→ Fe2O3· xH2O
Поток электронов от железанаправляется к меди и разряжает ионы водорода, а железо разрушается быстрее,чем без меди.
Образец в стакане № 4(анодное покрытие): металлвключения (Zn) имеет меньший потенциал, чемосновной металл (Fe)
В анодной области:
Zn(тв) – 2е → Zn2+(водн)
В катодной области:
2Н+ + 2e → Н2
2Н2 + О2(водн)→ 2 Н2О
О2(водн) + 2Н2О(ж.)+ 4е → 4ОН-(водн)
При контакте катодной ианодной областей происходит осаждение Zn(OH)2(осадок белого цвета)
Значения электродныхпотенциалов металлов подтверждают предложенное выше объяснение процесса:
Fe3+ + 3e = Fe, Е0= — 0,036 В
Сu2+ + 2e = Cu, Е0= 0,337 В
Zn2+ + 2e = Zn, Е0= — 0,763 В
Таким образом, медь будетувеличивать скорость электрохимической коррозии. Это подтверждают результатыэксперимента, а именно в 3-м стакане изменение значения рН более интенсивно посравнению с 4-м стаканом.
Опыт № 3.Определение рН (водородногопоказателя) питьевой неминерализованной воды, минеральной воды, газированныхокрашенных напитков
Активная реакция среды,является одним из параметров качества питьевой воды, наряду с такимихарактеристиками как температура, мутность, цветность, запах и привкус,прозрачность, общая жёсткость, содержание ионов, окисляемость.
На величину рН водывлияет содержание карбонатов, гидроокисей, солей, подверженных гидролизу,гуминовых веществ и т. п. Данный показатель является индикатором загрязненияоткрытых водоемов при выпуске в них кислых или щелочных сточных вод, а такжепитьевой воды. В результате происходящих в воде химических и биологическихпроцессов и потерь углекислоты рН воды открытых водоемов может быстроизменяться, и этот показатель следует определять сразу же после отбора пробы,желательно на месте отбора. Измерение рН цветных растворов и суспензий индикаторнымспособом невозможно.
Цель работы: Определить характер среды (кислая,щелочная, нейтральная) различных пробы воды (хозяйственно-питьевая вода, водаиз водоёма, вода из родника) и напитков (Кока-кола, Фанта) и сделать вывод обих пригодности для потребления в качестве питьевой воды.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный эксперимент).
Оборудование иреактивы: пробы водыи напитков (хозяйственно-питьевая вода, вода из водоёма, вода из родника,Кока-кола, Фанта); химические стаканы, лабораторный штатив, датчик рН, цифроваялаборатория «Архимед».
Настройка параметровизмерения:
1) частота измерений –каждую секунду;
2) число замеров – 50
Ход работы: каждую из предложенных для анализавод прилить в химический стакан. Погрузить датчик рН, начать измерение.
Результаты работы: представить полученные результаты вформе таблицы (Таблица 8)
Таблица 8 — Активнаяреакция среды рН проб воды и напитковПробы воды и напитков
Объём пробы воды
и напитков Активная реакция среды, рН Среднее значение рН Хозяйственно-питьевая вода Проба 1 Проба 2 Проба 3 Вода из водоёма Проба 1 Проба 2 Проба 3 Вода из родника Проба 1 Проба 2 Проба 3 «Кока-кола» Проба 1 Проба 2 Проба 3 «Фанта» Проба 1 Проба 2 Проба 3
Вывод: Сделайте вывод о пригодности исследуемыхвод по показателю рН, если согласно требованиям ГОСТ активная реакция (рН)питьевой воды должна составлять 6,5-9,5.
Апробация методических разработок опытов сиспользованием цифровой лаборатории «Архимед» в урочной деятельности и наэлективных курсах
Апробацию всех предлагаемых опытов мы проводили на базе МОУ Лицейинформационных систем и технологий № 73 г. Пензы.
В ходе проведения нашей работы мы рассматривали возможности примененияданной лаборатории в различных видах учебной деятельности: на уроках и наэлективных курсах.
Апробацию возможностейэтой лаборатории в процессе обучения мы проводили при изучении следующих тем:
· Растворение какфизико-химический процесс. Растворимость. Типы растворов
· Тепловой эффектхимической реакции
· Среда водныхрастворов. Водородный показатель.
· Реакции ионного обмена
· Окислительно-восстановительныереакции
· Гидролизнеорганических веществ
Бесспорно, каждый из этихопытов (1. Экзотермические реакции. Растворение гидроксида натрия и безводногосульфата меди в воде. 2. Эндотермические реакции. Понижение температуры растворапри растворении некоторых солей в воде: нитрата калия, нитрата аммония,тиосульфата натрия. 3. рН раствора при растворении гидроксида натрия в воде. 4.Реакции нейтрализации. Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой.),предлагаемых разработчиками лаборатории, позволил нам отследить процессыизменения температуры или рН в динамике, с показом конкретных значенийтемпературы и водородного показателя растворов. Однако, по нашему мнению и помнению ряда компетентных авторов все они требуют неоправданных затрат временина настройку и обеспечение наглядности для всего класса на уроке. Ведь естьдругие и при этом более наглядные, с позиций органолептики, способы показа иизменения температуры: примерзание стакана с раствором нитрата аммония илихлорида натрия к фанерной доске; а для показа изменения рН: использованиеуниверсальной индикаторной бумаги или растворов индикаторов. Да – это старые,не использующие ИКТ методики, но они проверены временем и вызывают усовременного учащегося больший интерес, нежели график на дисплее монитора.
Нами были отмечены идругие недостатки в разработках авторов лаборатории Архимед:
1. Непродуманный расходреагентов при проведении опытов
1. Непродуманные установки для проведенияэкспериментов
2. Несовместимость карманного компьютерана базе Palm OS® с настольным ПК по формату графических файлов, файловойсистеме.
5. Не синхронизированноесохранение данных: программа Imagi Probe 2.0 сохраняет данные произвольно, а нев папки, выбираемые экспериментатором
6. Неудобства при работес температурным датчиком: согласно идее разработчиков цифровой лаборатории«Архимед» температурный датчик необходимо целиком помещать в вещество,температуру которого мы хотим измерить. При этом необходимо будет нарушитьгерметизацию сосуда, а это испортит весь эксперимент. Так что при проведениитермодинамических процессов приходится ограничиваться показаниями температурывоздуха рядом с исследуемым сосудом.
В предлагаемыхразработках мы постарались учесть, все эти недостатки и предложили методики,максимально приближающие школьника к достоверным результатам.
Наш эксперимент сиспользованием цифровой лаборатории «Архимед» показал, что заявленные авторамипреимущества использования этой лаборатории: повышение уровня знаний по химииза счёт активной деятельности учащихся; способствует раскрытию творческогопотенциала учащихся; способствуют решению и освоению межпредметных задач –реальны, но скорее во внеурочной деятельности. Например, на элективных курсах ипри реализации исследовательских работ школьников.
С 2006 года в учебныйплан МОУ Лицей информационных систем и технологий № 73 г. Пензы введён элективный курс «Химия и медицина», а с 2007 года элективный курс «Химия иэкология».
Сегодня нами разработаныряд методик к занятиям на элективном курсе «Химия и медицина» с анализомлекарственных препаратов и лекарственных форм.
В практике элективногокурса «Химия и экология» был апробирован эксперимент: «Влияние продуктовкоррозии на развитие водных растений». Данный эксперимент может быть проведён ив урочное время в 9 классе при изучении темы «Металлы» на уроке «Общие понятияо коррозии металлов». Однако, методика опыта предусматривает достаточнодлительное время для получения результата и в результате школьники видятдинамику только в графике на слайде, не приняв участия в самом процессеисследования изменения рН.
В практике элективногокурса «Химия и медицина» у учеников 10 класса был апробирован эксперимент,методическая разработка которого, предполагает использование возможностейцифровой лаборатории «Архимед». Данный эксперимент был проведён в рамкахзанятия «Здоровое питание» (Приложение 4).
Для первого занятия намибыла составлена презентация «Цифровая лаборатория «Архимед» – новое поколениешкольных естественно-научных лабораторий» (см. УМК к работе). Даннаяпрезентация содержала ознакомительную информацию о возможностях, устройстве,внешнем виде, комплекте датчиков, настройке работы, регистрации данных,предполагаемым результатам при работе с цифровой лабораторией «Архимед».
На этом же занятии намибыло проведено анкетирование среди учащихся – слушателей элективного курса«Химия и медицина» (Приложение 7). Целью анкетирования было исследованиеготовности учеников к экспериментальной работе с оборудованием и цифровойлабораторией.
Анализ проведённогоанкетирования показал, что
1) На вопрос «Знаете ли,Вы, что такое «водородный показатель?»
— «Да» – 0%
— «Нет» – 100%
2). На вопрос «Знакома лиВам методика титрования?»
— «Да» – 10%
— «Нет» – 90%
3). На вопрос «Имеете ли,Вы, опыт работы с цифровыми лабораториями?»
— «Да» – 20%
— «Нет» – 80%.
4). На вопрос«Заинтересовала ли Вас работа с цифровой лабораторией «Архимед» после просмотрапрезентации?»
— «Да» – 90%
— «Нет» – 10%
В анкетировании принималоучастие 15 человек – учащиеся, посещающие факультатив «Химия и медицина».
На следующем занятии намибыла проведена работа по теме «Анализ качества пищевых продуктов». Конспектфрагмента занятия «Здоровое питание» по теме «Анализ качества пищевыхпродуктов» представлен в Приложении 6. Цель занятия: освоение методов анализакачества продуктов питания и сырья, с использованием возможностей цифровойлаборатории «Архимед». Тематическое содержание занятия предполагает рассмотрениеметодик титрования растворов и вытяжек из выбранных для анализа продуктовпитания и сырья, а также теоретическое обоснование проходящих процессов. Всерезультаты собственных исследований учащиеся заносили в таблицы, с дальнейшимподсчётом кислотности исследуемых продуктов (молока, хлеба, творога, муки). Поокончании проведения эксперимента и на основании получаемой теоретической информации(виды сырья, показатели, характеризующие качество продуктов), учащимсяпредлагается сделать выводы. Выводы должны содержать заключения о качествеисследуемых продуктов. Такая исследовательская работа не только знакомитучащихся с физико-химическими методами анализа, но и позволяет каждомуучащемуся побыть в роли эксперта, что не маловажно для реализации целей и задачэлективных курсов: создание условий для обучения старшеклассников всоответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношениипродолжения образования.
В заключение занятия«Анализ качества пищевых продуктов» у учащихся, использовавших в своей работецифровую лабораторию «Архимед» было проведено анкетирование (Приложение 8).
Целью проведенияанкетирования с учащимися, посещающими элективный курс «Химия и медицина» было:
1) Оценить доступность техникиработы с цифровой лабораторией «Архимед» для учащихся.
2) Сделать выводы об эффективностииспользования цифровой лаборатории «Архимед», как средства обучения наэлективном курсе.
3) Сделать вывод остепени наглядности данных, получаемых при работе с цифровой лабораторией «Архимед»для учащихся.
4) Получить информацию обактуальности темы «Анализ качества пищевых продуктов», проводимой в рамкахэлективного курса «Химия и медицина» для учащихся.
В анкетировании принялиучастие 15 человек – учащиеся, посещающие элективный курс «Химия и медицина».
В результатеанкетирования были получены следующие данные.
На вопрос об актуальностивыбранной темы занятия «Анализ качества пищевых продуктов» на элективном курсе«Химия и медицина»
— 87% опрошенныхответили, что задумывались о качестве продуктов, которые потребляют.
— 13% ответили, что незадумывались над данным вопросом.
При проверкеобразовательного потенциала цифровой лаборатории «Архимед» были полученыследующие данные:
1) На вопрос «Получили ли,Вы, новые знания по химии на сегодняшнем занятии?»
— 87% ответили «Да», изних 80% считают полученные знания полезными для себя, а 7% — очень полезными.
— 13% ответили « Нет».
2) На вопрос «Знаете ли,Вы, что такое «водородный показатель»?
— 27% ответили «Да, носегодняшняя работа позволила закрепить теорию на практике»
— 34% ответили «Да, яузнал это при проведении работы сегодня»
— 39% ответили «Нет».
3) На вопрос «Знаете ли,Вы, что такое титрование?»
— 60% ответили «Да»
— 40% ответили «Нет»
4) На вопрос «Позволяетли использование цифровой лаборатории « Архимед» получать данные, недоступные втрадиционных учебных экспериментах»
— 100% ответили «Да»
— 0% ответили «Нет»
При проверке степенинаглядности цифровой лаборатории «Архимед» на вопрос «Какой эксперимент былнаиболее наглядным для понимания Вами учебного материала?»
— 53% ответили «Сцифровой лабораторией « Архимед»
— 47% ответили «Без неё».
На вопрос о доступноститехники работы с цифровой лабораторией «Архимед»
— 27% ответили «Да, ясмогу использовать цифровую лабораторию «Архимед» в самостоятельнойисследовательской деятельности»
— 46% ответили «Да, ясмогу использовать цифровую лабораторию «Архимед», но только при руководствеучителя»
— 27% ответили «Нет».
Таким образом, нашнебольшой опыт использования цифровой лаборатории «Архимед» показал, чтодоступность техники работы с предлагаемой цифровой лабораторией, как и с большинствомтехнических средств, обеспечивается систематичностью её использования вобучении. В нашем случае для учащихся это был первый опыт. Вероятно,обозначенные учащимися сложности, являются не столько следствием техническойнеготовности учащихся использовать цифровые лаборатории, сколько ихнеготовностью использовать их применительно к химии. Однако, грамотная формулировкаучителем актуальности использования цифровой лаборатории «Архимед» для полученияданных недоступных в традиционных учебных экспериментах, по нашему мнению, позволитснять эту проблему.
Выводы
1. Проведёнметодический анализ материалов по основным направлениям развития информационныхи коммуникационных технологий в современном естественно-научном образовании, вчастности в обучении химии.
2. Освоена техникаработы с использованием цифровой лаборатории «Архимед».
3. Проведёнметодический анализ разработок опытов по химии создателей цифровой лаборатории«Архимед».
4. Разработаныметодики и теоретическое обоснование результатов экспериментов с использованиемцифровой лаборатории «Архимед» в урочной и внеурочной деятельности (элективныекурсы «Химия и медицина», «Химия и экология») по химии.
5. Проведенаапробация самостоятельно разработанных, модифицированных и предложенныхразработчиками цифровой лаборатории «Архимед» опытов в урочной и внеурочнойдеятельности по химии.
6. Для исследованияэффективности применения цифровой лаборатории «Архимед» в процессе обученияприменяли метод выборочного‚ группового‚ очного анкетирования.
7. Составленопособие к практикуму для учащихся – слушателей элективных курсов «Химия иэкология» и «Химия и медицина» в форме рабочей тетради.
список Литературы
1. Аксёнова Э.Н.,Андрианова О.П. Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии. –3-е изд., перераб. и доп. – М.: Медицина, 2001. – 384 с.
2. Анисимова Г.А.Библиотека сетевых образовательных ресурсов для современного учителя химии //Современные информационные технологии в обучении химии: Материалы III областной научно- практической конференцииучителей химии и преподавателей вузов (Пенза, ПГПУ им. В. Г. Белинского, 2006).– Пенза: ПГПУ, 2006. – С. 20 –21.
3. Архимед 2004. Первый шаг(http: //www.9151394. ru/projects/arhimed/ arhkonkurs_040315/pobediteli.html).
4. Беспалько, В. П.Персонифицированное образование / В. П. Беспалько // Педагогика. – №2. – 1998.– С. 17.
5. Бондарев А.С.,Дмитриева Н.В., Терехин М.Б. Цифровые лаборатории «Архимед» в обучении биологии(http://sputnik.mto.ru/Docs_35/Kongress/6.html).
6. Габриелян О.С.Химия. 8-9 класс: Методическое пособие. – М., Дрофа, 1999-2001. – 128с.
7. Габриелян О.С.‚Остроумов Г. Химия 9 класс: Настольная книга учителя. – М.: Дрофа, 2003. –400с.
8. О.С. Габриелян. Химия.8 кл.: тетрадь для лабораторных опытов и практических работ к учебнику О.С.Габриеляна « Химия. 8 класс» / О.С. Габриелян, А.В. Яшукова. – 3-е изд.,стереотип. – М.: Дрофа, 2008. – 96 с.
9. Габриелян О.С. идр. Химия. 9 класс: Учебник для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2003.– 224с.
10. Додонов Е.Д. «Живой калейдоскоп»информационных технологий / Международный педагогический мастер-класс 2004Цифровая школьная четверть. 2004 (http://www.bgpu.ru/intel/Material/mc_04/text/dodonov.htm).
11. Дорофеев М.В. Информатизацияшкольного курса химии // Химия. Первое сентября. – 2002. – №37. С.35 –38.
12. Дружинин В. Н. Экспериментальная психология. – СПб.:Питер, 2002. – 45 с.
13. Дунин С.М., Федорова Ю.В. «Живаяфизика» плюс цифровая лаборатория «Архимед» (материалы Педагогического марафона– 2005) // Физика. Приложение к газете «Первое сентября». – 2005. – № 11.
14. Дунин С.М., Федорова Ю.В. Совместноеиспользование программы «Живая физика» и цифровой лаборатории «Архимед» (http://www.9151394.ru/projects/arhimed/arhkonkurs_040315/dunin/sovm_isp.htm).
15. Закурдаева С.Ю. Цифровая лаборатория«Архимед». Исследовательская деятельность учащегося (материалы Педагогическогомарафона – 2004) // Физика. Приложение к газете «Первое сентября». – 2004. – №22, Новые технологии в образовании / Семинар в Центре информационных технологийи учебного оборудования (http://pedsovet.edu.ru/nfpk_web/start.htm)
16. Intel® “Обучение для будущего” (при поддержке Microsoft® ) – М.: «Русская редакция», 2005. – 368с.
17. Каталогобразовательных средств и решений. Школьные лаборатории. Цифровая лаборатория«Архимед» / Институт новых технологий (http://www.int-edu.ru/arhimed/).
18. Концепция информатизации системыобщего образования республики Саха (Якутия).
19. Кузнецова А.В. Практикум поприкладной химии: Учебное пособие ( ПГПУ им. В.Г. Белинского). – Пенза, 2004. –108 с.
20. Линьков В.М. // Современныеинформационные технологии в обучении химии: Материалы III областной научно- практической конференции учителейхимии и преподавателей вузов (Пенза, ПГПУ им. В. Г. Белинского, 2006). – Пенза:ПГПУ, 2006. – C. 7 –8.
21.Мелентьева Г.А., Антонова Л.А.Фармацевтическая химия. – М.: Медицина, 1985. – 480 с.
22.Мещерякова Е. А. Методкомпьютерных проектов в практике обучения химии // Современные информационныетехнологии в обучении химии: Материалы III областной научно- практической конференции учителейхимии и преподавателей вузов (Пенза, ПГПУ им. В. Г. Белинского, 2006). – Пенза:ПГПУ, 2006. – С. 72 –75.
23.Мещерякова О. А. Организацияпроектной деятельности в локальной сети // Современные информационныетехнологии в обучении химии: Материалы III областной научно- практической конференции учителейхимии и преподавателей вузов (Пенза, ПГПУ им. В.Г. Белинского, 2006). – Пенза:ПГПУ, 2006. – С. 70 –72.
24.Морозов М.Н., Танаков А.И., ГерасимовА.В., Быстров Д.А., Цвирко В.Э., Дорофеев М.В. Разработка виртуальнойхимической лаборатории для школьного образования. Educational Technology & Society, 2004, №3 – С. 155 –164.
25.Новые технологии в образовании /Семинар в Центре информационных технологий и учебного оборудования (http://pedsovet.edu.ru/nfpk_web/start.htm).
26. Подьячева Е.А., Ашкеева Г.Х., МакееваЕ.Е. и др. Практикум по химии: ( для подготовительных отделений). – Алма-Ата:Мектеп, 1987. – 160 с.
27. Полат Е. С. Новые педагогическиетехнологии / Пособие для учителей – М.: 1997. – С. 55 –58.
28. Программа курса химии для 8-11классов общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2000-2002. –160с.
29.Роева Н. Н., Клячко Ю. А,Кирничная В. К. Методы исследования свойств сырья и продуктов питания.Лабораторный практикум для студентов технологических специальностей. – М.:2000. – С. 24 –26.
30.Таирова Е. А. Обзор учебников ипособий по химии на электронных носителях // Современные информационныетехнологии в обучении химии: Материалы III областной научно- практической конференции учителейхимии и преподавателей вузов (Пенза, ПГПУ им. В. Г. Белинского, 2006). – Пенза:ПГПУ, 2006. – С. 22 –31.
31.Уваров А.Ю. Два кризиса образования,учебная архитектура и Интернет // Организационные инновации в управленииинтегрированными образовательными учреждениями: Материалы Всероссийскойнаучно-практической конференции (Барнаул, 2002). – Барнаул. – 2002. — С. 16-17.
32.Уваров А.Ю. О конструктивныхэлементах открытой учебной архитектуры // «Информационные технологии внепрерывном образовании»: Тезисы докладов Международной конференции(Петрозаводск, Петрозаводский государственный университет, 1995). –Петрозаводск.: Изд-во Петрозаводского государственного университета, 1995 г. – С. 15.
33.Уваров А.Ю.Открытая учебнаяархитектура для школы информационного века // Образование и информатика: ТрудыМеждународного конгресса ЮНЕСКО. Т. 4, М.: 1997.
34.Уваров А.Ю. Подготовка педагогов впроекте «Информатизация системы образования» // «Телематика'2003»: Материалы XВсероссийской научно-методической конференции. – СПб.: 2003. С. 25 –27.
35.Федорова Ю.В., Трактуева С.А.,Шапиро М.А., Панфилова А.Ю. Цифровые лаборатории «Архимед» // Информационные технологиив образовании-2003. Сборник трудов конференции(http://www.bitpro.ru/ito/2003/II/1/II-1-2863.html; www.ito.su/2003/tezis/II-1-2863-Ustniy.html
36.Филиппова В.М, Тихомирова В. П. Фрагментыколлективной монографии под общей редакцией В. М. Филиппова и В.П. Тихомирова. http: //academy.odoportal.ru/documents/academ/bibl/russia/1/html.
37. Фирстова Н. В., Мещерякова О. А. Практикум к элективному курсу «Химия и экология». – Пенза: ПГПУ‚ 2007. – 50 с.
38. Цифровая лаборатория « Архимед».Методические материалы. Институт новых технологий. – М.: 2007. – 375 с.
39. Штремплер Г.И. Химия на досуге:Домашняя хим. лаб.: Кн. для учащихся. – М.: Просвещение: « Учеб. лит.», 1996. –94 с.
40.sota –as.ru
41.www. FIZfaq1502.narod.ru./ arhimed.)
42. Эпштейн Д.А., Ходаков Ю.В.Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. – М.: Просвещение, 1986. – С. 112 –116.
Приложение1. Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в9 классах № урока Содержание учебного материала 1-2 Характеристика химического элемента на основании его положения в Периодической системе Д.И. Менделеева 3 Амфотерные оксиды и гидроксиды 4 Периодический закон и система элементов Д.И.Менделеева
Раздел 1.Скорость химических реакций. Химическое равновесие(6ч) по учебнику 8 класса 5 Скорость химических реакций 6 Зависимость скорости химических реакций от природы реагирующих веществ, концентрации и температуры 7 Катализ и катализатор 8 Обратимые и необратимые реакции 9 Химическое равновесие и способы его смещения 10 Обобщение и систематизация знаний по теме
Раздел 2. Металлы (15 ч) 11 Положение элементов металлов в Периодической системе Д.И.Менделеева и особенности строения их атомов Физические свойства металлов 12 Химические свойства металлов 13 Общие понятия о коррозии металлов 14 Сплавы 15 Металлы в природе. Общие способы их получения 16 Общая характеристика элементов главной подгруппы I группы 17 Соединения щелочных металлов 18 Общая характеристика элементов главной подгруппы II группы 19 Соединения щелочноземельных металлов 20 Алюминий, его физические и химические свойства 21 Соединения алюминия 22 Железо, его физические и химические свойства 23
Генетические ряды Fe2+ и Fe3+ 24 Обобщение по теме «Металлы» 25 Контрольная работа по теме «Металлы»
Раздел 3. Неметаллы (20ч.) 26 Общая характеристика неметаллов 27 Общая характеристика галогенов 28 Соединения галогенов 29 Сера, ее физические и химические свойства 30 Оксиды серы (IV) и (VI) 31 Серная кислота и ее соли 32 Азот и его свойства 33 Аммиак и его свойства 34 Соли аммония 35 Азотная кислота и ее свойства 36 Соли азотистой и азотной кислот. Азотные удобрения 37 Фосфор 38 Соединения фосфора 39 Углерод 40 Оксиды углерода(II) и (IV) 41 Карбонаты 42 Кремний 43 Силикатная промышленность 44 Обобщение по теме «Неметаллы» 45 Контрольная работа по теме «Неметаллы»
Раздел 4. Практикум по неорганической химии (5 ч) 46 Получение амфотерного гидроксида и изучение его свойств 47 Получение аммиака и исследование 48-49 Решение экспериментальных задач на распознавание важнейших катионов и анионов 50 Решение экспериментальных задач на распознавание важнейших катионов и анионов
Раздел 5. Органические вещества (12ч.) 51 Предмет органической химии. Строение атома углерода 52 Алканы. Химические свойства и применение алканов 53 Алкены. Химические свойства этилена 54 Понятие о спиртах на основе реакции гидратации этилена и взаимодействия этилена с раствором перманганата калия 55 Окисление альдегида в кислоту и понятие об одноосновных карбоновых кислотах 56 Понятие о сложных эфирах. Жиры 57 Понятие об аминокислотах 58 Реакция поликонденсации аминокислот. Белки 59 Углеводы 60 Полимеры 61 Обобщение знаний учащихся по органической химии 62 Решение экспериментальных задач на распознавание органических веществ с использованием качественных реакций на альдегиды, многоатомные спирты, крахмал и непредельные соединения Тема 7. Обобщение знаний по химии за курс основной школы (6ч.) 63 Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева в свете учения о строении атома 64 Строение вещества (виды химических связей и типы кристаллических решеток) 65 Химические реакции 66 Классы химических соединений в свете ТЭД. 67 Контрольная работа по теме «Органические вещества» и «Обобщение знаний по химии за курс основной школы» 68 Подведение итогов
Приложение2. Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в8классах№ урока Содержание учебного материала /> /> 1 Предмет химии. Вещества.
2 Превращение веществ. Роль химии в жизни человека. Краткие сведения по истории химии. Основоположники отечественной химии. /> 3 Знаки (символы) химических элементов. Периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева
4 Химические формулы. Относительная атомная и молекулярная массы
Раздел 1. Атомы химических элементов (10 часов) /> 1 Основные сведения о строении атомов. Состав атомных ядер: протоны, нейтроны /> 2 Изменение числа протонов в ядре – образование новых химических элементов. Изменение числа нейтронов в ядре – образование изотопов
3 Электроны. Строение электронных оболочек атомов элементов №1 – 20
4 Периодическая таблица химических элементов Д.И. Менделеева и строение атомов.
5
Изменение числа электронов на внешнем электронном уровне атома
химического элемента – образование положительных и отрицательных ионов. Ионная химическая связь.
6 Взаимодействие атомов элементов неметаллов между собой – образование молекул простых веществ. Ковалентная неполярная связь.
7 Взаимодействие атомов элементов– неметаллов между собой – образование молекул соединений Электроотрицательность (ЭО). Ковалентная полярная химическая связь
8 Взаимодействие атомов элементов-металлов между собой – образование металлических кристаллов
9 Обобщение и систематизация знаний об элементах: металлах и неметаллах, о видах химической связи
10 Контрольная работа №1 />
Приложение 3. Примерноекалендарно-тематическое планирование учебного материала по химии в 11 классах№ Содержание учебного материала Примерные сроки 11А 11Б Раздел №1 Строение атома 1. Основные сведения о строении атома. 2.09 5.09 2. Электронная оболочка. Особенности строения электронных оболочек переходных элементов. 6.09 6.09 3. Периодический закон и периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева. 9.09 12.09 4. Значение периодического закона Д.И. Менделеева. 13.09 13.09 5. Виды химической связи. Ионная связь. 16.09 19.09 6. Ковалентная полярная и неполярная химическая связь. 20.09 20.09 7. Металлическая связь. 23.09 26.09 8. Водородная химическая связь. 27.09 27.09 9. Повторение и обобщение знаний по теме «Строение атома. Химическая связь» 30.09 3.10 10. Контрольная работа №1 по теме «Строение атома» 4.10 4.10 Раздел №2 Строение вещества и их свойства 11. Полимеры. 7.10 10.10 12. Органические полимеры. Волокна. 11.10 11.10 13. Органические полимеры. Волокна. 14.10 17.10 14. Неорганические полимеры. 18.10 18.10 15. Вещества молекулярного строения. Газообразные вещества. 21.10 24.10 16. Жидкие вещества. 25.10 25.10 17. Твердые вещества. 28.10 31.10 18. Чистые вещества и смеси. 1.11 1.11 19. Дисперсные системы. 11.11 14.10 20. Состав смесей. Разделение смесей. 15.11 15.11 21. Истинные растворы. Способы выражения концентрации. 18.11 21.10
22.
23.
24.
25.
Решение задач на массовую долю растворимого вещества.
Решение задач на массовую долю растворимого вещества.
Решение задач на массовую долю растворимого вещества.
Решение задач на массовую долю растворимого вещества.
22.11
25.11
29.11
2.12
22.11
28.10
29.11
5.12 26. Урок-зачет «Решение задач» 6.12 6.12 27. Классификация химических реакций. Реакции, которые идут без изменения состава. 9.12 12.12 28. Классификация химических реакций, которые идут с изменением состава вещества. 13.12 13.12 29. Тепловой эффект химической реакции. 16.12 19.12 30. Скорость химической реакции. 20.12 20.12 31. Обратимость химических реакций. Химическое равновесие. 23.12 26.12 32. Условия смещения химического равновесия. 27.12 27.12 33. Электролитическая диссоциация. 34. Реакции ионного обмена. 35. Гидролиз. Гидролиз неорганических веществ. 36. Гидролиз органических веществ. 37. Среда водных растворов. Водородный показатель. 38. 39. Окислительно-восстановительные реакции. 40. 41. Электролиз. 42. Обобщение знаний по теме «Строение вещества и их свойства» 43. Контрольная работа №2 по теме «Строение вещества и их свойства» Раздел №3 Вещества и их свойства 44. Металлы и их свойства. 45. Металлотермия. Коррозия металлов 46. Общие способы получения металлов 48 Общая характеристика инертных газов. 49 Общая характеристика галогенов. 50 Классификация неорганических и органических веществ. 51 Оксиды. 52 Кислоты. Химические свойства кислот. Неорганические и органические кислоты. 53. Особые свойства серной кислоты. 54. Особые свойства азотной кислоты. 55. Основания. 56. Соли. 57. Химические свойства солей. 58. Генетическая связь между классами неорганических соединений 59. Генетическая связь между классами органических соединений 60. Повторение и обобщение темы «Вещества и их свойства» 61. Урок-зачет по теме «Вещества и их свойства». 62. Контрольная работа №3 по теме «Вещества и их свойства» 63. Практическая работа №1 64. Практическая работа №2 65.
Химия в жизни общества (урок- конференция)
· Химия и промышленность
· Химия и сельское хозяйство
· Химия и экология
· Химия и повседневна жизнь человека Резерв
66.
67.
68 Решение задач и упражнений Общее число по курсу 68 Демонстрации 5 Лабораторные опыты 22 Практические работы 2 Контрольные работы 3 /> /> /> /> />
Приложение 4. Тематическое содержание программыэлективного курса «Химия и медицина»
№ Наименование тем курса Количество часов
I
Теоретический курс
11 1 Химия и лекарства 1 2 Здоровое питание 1 3 Пищевые добавки 1 4 Витамины 1 5 Гормоны 1 6 Ферменты 1 7 Антибиотики 1 8 Анестезирующие средства 1 9 Полимеры в медицине 1 10 Неорганические вещества как лекарства 1 11 Экскурсия в домашнюю аптечку 1
II
Практикум
4 12 Изучение свойств веществ, производных салициловой кислоты 1 13
Изучение свойств лекарственных веществ, производных п-аминофенола 1 14 Обнаружение витаминов 1 15 Решение экспериментальных задач с использованием лекарственных веществ 1
III
Подведение итогов
2 16 Экскурсия в центр сертификации контроля и качества лекарственных препаратов. 17 Защита проектов 1
Приложение 5. Тематическое содержание программыэлективного курса «Химия и экология»№ Наименование тем курса Количество часов
I
Теоретический курс 24 1 История экологии, значение экологии, прикладная экология. 1 2 «Страхи» современного мира. 1 3 Современные проблемы утилизации мусора (Экологическая ситуация в городе и условия жизни населения). 1 4 Современные экологические проблемы с точки зрения химика. 1 5 Яды вокруг нас! Решение задач. 1 6 Диоксины и окружающая среда. Решение задач. 1 7 Медь и окружающая среда. 1 8 Изучение белков в связи с охраной природы. 1 9 Бензин и кислотные загрязнители. 1 10 Эпидемиология. 1 11 Решение задач с экологическим содержанием. 1 12 Работа в Интернет-классе по отбору информации для проектов и сообщений. 1 13 Решение задач с экологическим содержанием. 1 14 Нужно ли бояться Леонидовки? 1 15 Экология воды. Решение задач. 1 16 Чистая вода для хвори беда! 1 17 Экология почв 1 18 Экологические проблемы в добыче полезных ископаемых 1 19 Источники загрязнения атмосферы. 1 20 Экология воздуха. 1 21 Пластмасса вчера, сегодня и завтра. 1 22 Экология питания. 1 23 Консерванты, красители в пищевых продуктах. 1 24 Решение задач с экологическим содержанием. 1
II
Практикум. 6 25 Методы экологии. 1 26 Мониторинг водных сред (1). 1 27 Мониторинг водных сред (2). 1 28 Мониторинг почвы. 1 29 Минеральные удобрения как возможные загрязнители почв и сельхозпродукции 1 30 Медико-экологические исследования Определение нитратов в пищевых продуктов (овощных культурах). 1
III
Подведение итогов. 4 31 Экскурсия в Росприроднадзор Пензенской области. 1 32 Экскурсия в ЦЛАТИ по Пензенской области. 1 33 Защита проектов. 1 34 Защита проектов. 1
Приложение 6. Конспект занятия «Анализ качествапищевых продуктов»
Цель: освоение методов анализа качествапродуктов питания и сырья, с использованием возможностей цифровой лаборатории«Архимед».
Задачи:
1. Сформировать у учащихся представлениео водородном показателе растворов на основе выполнения опытов по определению рН.
2. Познакомить школьников с методикойтитрования.
3. Сформировать у учащихся интерес кпроблеме здорового питания.
4. Активизировать познавательнуюактивность учеников в процессе проведения эксперимента.
Форма работы: фронтальная (демонстрационный опыт)
Тип занятия: изучение нового материала
Ведущий метод: объяснительно-иллюстративный
Реактивы иоборудование: молоко,творог, хлеб, мука, 2% спиртовой раствор фенолфталеина, дистиллированная вода, 0,1 М раствор едкого натра; цифровая лаборатория «Архимед», датчик рН, химический стакан, бюретка,конические колбы для титрования,.
План занятия
1. Презентация «Цифровая лаборатория«Архимед»
2. Анкетирование № 1 (Приложение 7)
3. Знакомство учащихся с методикойпроведения анализа качества пищевых продуктов без цифровой лаборатории «Архимед».
4. Знакомство учащихся с методикойпроведения анализа качества пищевых продуктов с цифровой лабораторией«Архимед».
5. Анкетирование № 2 (Приложении 8)
Ход занятия
Каждый опыт проводитсясначала с использованием индикатора (фенолфталеина) – опыт А, а затем сиспользованием возможностей цифровой лаборатории «Архимед» — опыт Б.
Смысловые блоки
Основное содержание
1. Мотивация учащихся
1. Вопрос обеспечения пищей был одним из самых существенных для человека. С развитием техники возможности для увеличения количества производимой пищи постоянно возрастали. Продукты питания расходовались на удовлетворение спроса растущего населения и требовались во всё возрастающем количестве. Хотя основная проблема обеспечения пищей не перестала быть актуальной‚ содержание её изменилось. На сегодняшний день остро встал вопрос о качестве потребляемой нами пищи. Кто из Вас может с уверенностью сказать о том, что употребляет пищу, удовлетворяющую стандартам качества?
2. Изучение нового материала
2. В настоящее время существуют специальные организации, которые следят за качеством производимых продуктов питания. При этом все эти учреждения используют в своей работе различные методики проведения анализа. На сегодняшнем занятии мы с Вами возьмём на себя роль экспертов качества. В своей работе мы также рассмотрим различные способы выполнения анализа продуктов питания.
Мы будем использовать для анализа молоко, творог, хлеб и муку.
В нашей работе мы будем исследовать кислотность этих продуктов.
Согласно исследованиям Т. Пауль, кислый вкус кислых жидких веществ зависит не от количества кислоты, а от концентрации водородных ионов.
Концентрацию ионов водорода называют водородным показателем – рН.
рН = — lg [Н+]
Величина водородного показателя характеризует реакцию среды: кислую (рН 7)
Водородный показатель и реакция среды могут быть определены с помощью индикаторов (метилоранжа, фенолфталеина, лакмуса), а также, при этом точнее с помощью специальных приборов рН-метров.
Анализ качества пищевых продуктов.
Анализ кислотности молока
— Молоко содержит в своем составе жиры (в виде эмульсии), белки – казеин, альбумин, глобулин (в виде коллоидного раствора), растворённые в воде азотистые небелковые вещества, соли и молочный сахар – лактозу (формулу на доске).
Процесс скисания молока связан с образованием молочной кислоты (С3Н6О3) в результате молочнокислого брожения, образующейся из лактозы, глюкозы.
Схема на доске:
Лактоза → гидролиз → глюкоза → брожение → молочная кислота
Реакция молочнокислого брожения глюкозы:
С6Н12О6 → 2 СН3 – СН (ОН) – СООН
Определение кислотности молока основано на методе кислотно-основного титрования.
Объяснить суть процесса кислотно-основного титрования (используя схему).
/> /> /> /> /> />
В процессе работы мы определяем какое количество гидроксида натрия пошло на полную нейтрализацию молочной кислоты и по формуле высчитываем кислотность.
Опыт №1. Определение кислотности молока.
Форма работы: индивидуальная (в группах)
Оборудование и реактивы: молоко пастеризованное и не пастеризованное, 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы для титрованиия, фенолфталеин, цифровая лаборатория «Архимед», насадка – рН-метр, мешалка.
А) Ход опыта: В колбу для титрования наливают 10 мл молока, 20 мл дистиллированной воды, 5 капель 2% раствора фенолфталеина. Смесь хорошо перемешивают. Затем по каплям прибавляют 0,1 М раствор едкого натра, фиксируя при этом цвет индикатора (появление розоватой окраски).
Б) Настройка параметров измерения «Архимеда»:
1) частота измерений – каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: В колбу для титрования наливают 10 мл молока, 20 мл дистиллированной воды, 5 капель 2% раствора фенолфталеина. Смесь хорошо перемешивают при помощи магнитной мешалки. Затем опускают датчик рН и начинают по каплям из бюретки прибавлять 0,1 М раствор едкого натра, при включённой мешалке, до рН 8,2 (по показаниям прибора), фиксируя при этом цвет индикатора (появление розоватой окраски). Полученные данные занести в таблицу №1.Опыт повторяют 3 раза.
Таблица №1 — Кислотность молока
Образец молока Объём молока, мл Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность молока, град Пастеризованное молоко Пастеризованное молоко, образец 1 Пастеризованное молоко, образец 2 Пастеризованное молоко, образец 3 Не пастеризованное молоко Не пастеризованное молоко, образец 1 Не пастеризованное молоко, образец 2 Не пастеризованное молоко, образец 3
Результаты измерений: вычислить кислотность пастеризованного и не пастеризованного молока в условных градусах Тёрнера по формуле:
Кислотность молока = Vр(NaOH) · 10
Свежее молоко имеет 16-18 градусов кислотности по Тёрнеру. Предельная кислотность свежего молока 20 градусов.
Задание.
1. Сделать вывод о свежести использованного молока
2. Чем вызвана кислотность молока, какая кислота образуется при скисании молока? Напишите уравнения реакции образования этой кислоты и её нейтрализации гидроксидом натрия.
Анализ кислотности хлеба
Опыт №2. Определение кислотности хлеба
Форма работы: индивидуальная (в группах)
Кислоты как продукт кислотного брожения находятся в хлебе в довольно большом количестве. Их содержание колеблется естественно в зависимости от способов изготовления хлеба и особенно брожения теста. Особенно важны молочная и уксусная кислоты, есть следы муравьиной и масляной кислот.
Приготовленный на дрожжах после краткого и быстрого брожения разрыхленный пшеничный хлеб содержит то же количество кислоты, что и мука; оно соответствует количеству содержащихся в последней кислых фосфатов. В хлебе на закваске, особенно в кислом ржаном черном хлебе, кислотность возрастает в зависимости от продолжительности брожения.
Градусом кислотности называется то количество кислоты в 100 г хлебного мякиша, которое требует для своей нейтрализации 1см2 щелочи.
Таким образом, кислотность хлеба обусловлена наличием уксусной и молочной кислоты.
В процессе титрования мы определяем количество щёлочи, которое необходимо для нейтрализации кислот в хлебной вытяжке (процесс связан с изменением окраски индикатора) и по формуле рассчитываем кислотность хлеба.
Оборудование и реактивы: хлебобулочная продукция (хлеб Дарницкий, хлеб пшеничный из сортовой муки, батон, хлеб пшеничный, приготовленном на жидких дрожжах, хлеб пшеничный обойный, хлеб ржаной из сеяной муки), 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы для титрованиия, фенолфталеин, цифровая лаборатория «Архимед», насадка – рН-метр, мешалка.
Ход опыта:
Подготовка к анализу.Образцы разрезают пополам по ширине и от одной половины отрезают кусок (ломоть) массой около 70 г, у которого срезают корки и подкорочный слой общей толщиной 1 см. Для изделий массой менее 200 г берут целые булки, с которых срезают корки слоем приблизительно 1 см. Из кусков приготовленных изделий удаляют все включения (повидло, варенье,, изюм и т.п.), затем их быстро измельчают и перемешивают.
25 г измельченного мякиша отвешивают с погрешностью до 0,05 г. Навеску помещают в сухую бутылку (типа молочной) вместимостью 500 см3, с хорошо пригнанной пробкой. Мерную колбу вместимостью 250 см3 наполняют до метки дистиллированной водой, подогретой до температуры 60 °С. Около 1/4 взятой дистиллированной воды переливают в бутылку с хлебом, который после этого быстро растирают деревянной лопаточкой до получения однородной массы, без заметных комочков нерастертого хлеба.
К полученной смеси прибавляют из мерной колбы всю оставшуюся дистиллированную воду. Бутылку закрывают пробкой и энергично встряхивают в течение 3 мин. После встряхивания дают смеси отстояться в течение 1 мин и отстоявшийся жидкий слой осторожно сливают в сухой стакан через чистое сито или марлю.
А) Ход опыта: Из стакана отбирают пипеткой по 50 см3 раствора в три конические колбы вместимостью по 100-150 см3 каждая. Затем начинают по каплям из бюретки прибавлять 0,1 М раствор едкого натра, фиксируя при этом цвет индикатора (появление розоватой окраски).
Б) Настройка параметров измерения:
1) частота измерений – каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: Из стакана отбирают пипеткой по 50 см3 раствора в три конические колбы вместимостью по 100-150 см3 каждая. Затем опускают датчик рН и начинают по каплям из бюретки прибавлять 0,1 М раствор едкого натра, при включённой мешалке, до рН 8,2 (по показаниям прибора), фиксируя при этом цвет индикатора (появление розоватой окраски). Полученные данные занести в таблицу №2. Опыт повторяют 3 раза.
Таблица № 2 — Кислотность хлеба
Образец хлеба Объём хлебной вытяжки, мл Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность хлеба, град Хлеб пшеничный Образец 1 Образец 2 Образец 3 Хлеб ржаной Образец 1 Образец 2 Образец 3
Результаты измерений: вычислить кислотность образцов хлеба по формуле:
Кислотность хлеба = 25·50·4·V/(250·10),
где V – объем 0,1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия, см3; 1/10 – приведение 0,1 моль/дм3 раствора гидроксида натрия или гидроксида калия к 1 моль/дм3; 4 – коэффициент, приводящий к 100 г навески; 25 – масса навески испытуемого продукта, г; 250 – объем воды, взятый для извлечения кислот, см3; 50 – объем испытуемого раствора, взятый для титрования, см3.
Задание.
1. Сделать вывод о соответствии кислотности использованного образца хлебобулочной продукции, если известно, что кислотность:
· Хлеба пшеничного из сортовой муки – не более 2 — 4°
· Хлеба пшеничного, приготовленного на жидких дрожжах – 3-5°,
· Хлеба пшеничного обойного – не более 7°,
· Хлеба ржаного из обойной муки – не более 12°,
· Хлеба ржаного из обдирной муки – 11°,
· Хлеба ржаного из сеяной муки – 7°.
2. Чем вызвана кислотность хлеба.
Виды муки:
1. обойная (цельнозерновая) мука — мука грубого помола. Обойная мука содержит большое количество оболочек, поэтому она имеет цвет с сероватым или коричневым оттенком. Размер частиц неоднородный
Хлеб из цельнозерновой муки по праву назван лечебным продуктом против ожирения, сахарного диабета, атеросклероза, пониженной моторики кишечника. Зерновой хлеб эффективно удаляет вредные вещества из организма — соли тяжелых металлов, радиоактивных вещества, ядовитые компоненты, остатки продуктов биологического происхождения, увеличивает продолжительность жизни.
Ученым США удалось доказать, что смертность людей, потребляющих продукты из цельного зерна, снижается на 15-20%. В большинстве западных странах Комитеты Национального Питания рекомендуют взрослым прием 25-35 г диетического пищевого волокна. Съедая один кусочек цельнозернового хлеба, вы получаете 5г клетчатки. Ежедневно включая в свой рацион хлеб из цельнозерновой муки, вы полностью удовлетворяете потребность организма в клетчатке и пищевых волокнах.
2. обдирная мука – состоит в основном из наружных частей зерна. Обдирную муку получают грубым помолом; она содержит больше оболочек, цвет ее белый с серым оттенком, частицы отрубей хорошо заметны.
3. Сеяная мука – состоит в основном из эндосперма зерна с включением 1.2% периферийных его частей, самая полезная, ценная по содержанию белков, углеводов, незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных веществ.
Мука высшего сорта вырабатывается из центральных слоев эндосперма; размер ее частиц однородный до 0,05 мм, цвет белый с кремовым оттенком.
Муку 1-го сорта получают из внутренних слоев эндосперма, цвет ее белый с желтоватым оттенком. Размер частиц — до 0,1 мм.
Мука 2-го сорта имеет более грубый помол; цвет белый с сероватым оттенком, частицы более крупные — 0,03-0,20 мм.
Анализ кислотности муки
Опыт №3. Определение кислотности муки
Форма работы: индивидуальная (в группах)
Кислотность свежей муки зависит от ее сорта и вида. Она обусловлена содержанием белков (продуктов гидролиза белков), продуктов гидролитического расщепления жира муки (жирных кислот) минеральных кислых фосфорсодержащих веществ (дигидрофосфатов) и органических кислот (молочной, уксусной, щавелевой и др.).
В нормальных условиях кислотность муки достигает 2,5—5,5 °Т. В процессе хранения кислотность муки увеличивается. Это связано главным образом с расщеплением жира муки под влиянием тканевых и микробных ферментов до свободных жирных кислот, с образованием окси- и кетокислот. Так как поверхностные слои зерна характеризуются большим содержанием жира, то
· мука грубого помола имеет более высокую кислотность,
· мука высших сортов – кислотность ниже, чем у муки грубого помола.
· мука низких сортов имеет большую кислотность (т.к. больше жира, фосфора и ферментов)
· мука высших сортов ниже, а потому
· кислотность ее больше, чем муки высших сортов.
Повышение кислотности муки расценивается как признак изменения ее свежести. Нарастание титруемой кислотности муки особенно интенсивно происходит в первые 15—20 дней после помола. При дальнейшем хранении муки кислотность ее возрастает незначительно и очень медленно. Такая мука хранению не подлежит и должна быть срочно реализована.
Анализ качества муки также проводится в специализированных лабораториях качества пищевых продуктов и сырья. Затем проводится анализ соответствия ГОСТам и только после этого делается заключение о качестве этого сырья.
Мукомольная промышленность нашей страны выпускает пять сортов
пшеничной муки и три сорта ржаной хлебопекарной муки.
Крупчатка – 10% Сеяная – 63%
Высший сорт – 30% Обдирная – 87%
Первый сорт – 72% Обойная – 95%
Второй сорт – 85%
Обойная – 96%
Оборудование и реактивы: разные сорта (1, 2, 3) и/или виды (пшеничная, ржаная, кукурузная) муки, 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы для титрованиия, фенолфталеин, цифровая лаборатория «Архимед», насадка – рН-метр, мешалка.
А) Ход опыта: В колбу для титрования помещают 5 г муки, затем прибавляют 40 мл воды, 5-6 капель фенолфталеина. Затем начинают приливать (по каплям) 0,1 М раствор едкого натра до появления розового окрашивания.
Б) Настройка параметров измерения:
1) частота измерений – каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: В колбу для титрования помещают 5 г муки, затем прибавляют 40 мл воды, 5-6 капель фенолфталеина. Затем опускают датчик рН, начинают регистрацию данных и приливание (по каплям) 0,1 М раствор едкого натра при включённой мешалки до рН 8,2. Опыт повторяют 3 раза. Полученные данные занести в таблицу №3.
Таблица № 3 — Кислотность муки
Образец муки Масса муки в образце, г Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность муки, град Мука пшеничная Образец 1 Образец 2 Образец 3 Мука ржаная Образец 1 Образец 2 Образец 3 Мука кукурузная Образец 1 Образец 2 Образец 3
Результаты измерений: вычислить кислотность образцов муки по формуле:
Кислотность муки = V(NaOH) · 20 / 10
Задание:
Сделать вывод о различии в кислотности муки разного вида (пшеничной, ржаной, кукурузной)
Анализ кислотности творога
Опыт №4. Определение кислотности творога
Форма работы: индивидуальная (в группах)
3.Обобщение и систематизация знаний.
4.Домашнее задание.
Использованная литература
Кислотность творога, прежде всего, свидетельствует о принадлежности к тому или иному сорту.
Так известно, что (запись на доске):
· Высший сорт творога имеет кислотность не более 200
· 1-й творога имеет кислотность не более 220,
· 2-й сорт творога имеет кислотность не выше 240 градусов.
Оборудование и реактивы: разные виды творога, 0,1 М раствор гидроксида натрия, бюретка, воронка, колбы для титрованиия, фенолфталеин, цифровая лаборатория «Архимед», насадка – рН-метр, мешалка.
А) Ход опыта: В колбу для титрования помещают 10 г творога (очистить от изюма и др. включений) и небольшими порциями приливают 20 мл воды, нагретой до 30-40 0С. Творог тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Прибавляют 5 капель спиртового раствора фенолфталеина. Начинают титрование 0,1 М раствором едкого натра до появления розовой окраски.
Б) Настройка параметров измерения:
1) частота измерений – каждую секунду;
2) число замеров – 1000
Ход опыта: В колбу для титрования помещают 10 г творога (очистить от изюма и др. включений) и небольшими порциями приливают 20 мл воды, нагретой до 30-40 0С. Творог тщательно перемешивают стеклянной палочкой. Прибавляют 5 капель спиртового раствора фенолфталеина. Помещают в раствор датчик рН, начинают регистрацию данных, одновременно прибавляя 0,1 н. раствор гидроксида натрия до рН 8,2 (появления розовой окраски). Опыт повторяют 3 раза.
Полученные данные занести в таблицу №4.
Таблица № 4. Кислотность творога
Образец творога Масса творога в образце, г Объём, прилитого раствора NaOH, мл Среднее значение объёма, прилитого раствора NaOH, мл Кислотность творога, град Образец творога 1 1 2 3 Образец творога 2 1 2 3
Результаты измерений: вычислить кислотность образцов творога по формуле:
Кислотность творога = V(NaOH) · 20
Задание.
1. Сделать вывод о принадлежности исследованного творога к определённому сорту, по записи, приведённой выше
o Какой метод мы использовали для определения качества продуктов питания? (Метод кислотно-основного титрования)
2. Как изменяется значение рН в зависимости от среды?
· В кислой среде рН
· В щёлочной рН>7;
· В нейтральной рН = 7
3. Как изменяется цвет индикатора (фенолфталеина) в зависимости от среды? (в кислой и нейтральной – бесцветный, в щелочной – розово-малиновый)
Оформить работу
· Заполнить таблицы
· Выполнить задания
1) А.В. Кузнецова. Практикум по прикладной химии: Учебное пособие (ПГПУ им. В. Г. Белинского). Пенза, 2004. С. 67- 70
2) Роева Н. Н., Клячко Ю. А, Кирничная В. К. Методы исследования свойств сырья и продуктов питания. Лабораторный практикум для студентов технологических специальностей. М.: 2000. – С. 24-26
Приложение 7. Анкета для учащихся перед выполнениемэксперимента
1. Часто ли с Вамина уроках проводят химический эксперимент?
1) Да
2) Нет
2. Испытываете ли Высложности при выполнение практических, лабораторных работ?
1) Да
2) Нет
3. Знаете ли, Вы,какие реакции относятся к реакциям нейтрализации?
1) Да
2) Нет
4. Знаете ли Вы, чтотакое водородный показатель?
1) Да
2) Нет
5. Знакома ли Вамметодика титрования растворов?
1) Да
2) Нет
6. Знаете ли Вы чтотакое индикаторы? Работали ли Вы с ними на уроках химии?
1) Да
2) Нет
7. Имеете ли Вы опытработы с цифровыми лабораториями?
1) Да
2) Нет
Благодаримза участие в исследовании!
Приложение 8. Анкета для учащихся после выполненияработы
1. Задумывались лиВы о качестве продуктов, которые употребляете?
1) Да
2) Нет
2. Считаете ли Вычто правильно и рационально питаетесь?
1) Да
2) Нет
3. Получили ли Выновые знания по химии на сегодняшнем факультативе?
1) Да
2) Нет
4. Насколькополезными эти знания оказались для Вас?
1) Полезные
2) Очень полезные
3) Вовсе не полезные
5. Знаете ли Вы,какие реакции относятся к реакциям нейтрализации?
1) Да, это знание яполучил на уроках химии
2) Да, но сегодняшняяработа позволила закрепить теоретический материал на практике
3) Нет
6. Знаете ли, Вы,что такое водородный показатель?
1) Да, это знание яполучил на уроках химии
2) Да, но сегодняшняяработа позволила закрепить теорию на практике
3) Да, я узнал это припроведении работы сегодня
4) Нет
7. Знаете ли Вы, чтотакое титрование?
1) Да
2) Нет
8. Понравилась лиВам работа с цифровой лабораторией «Архимед»? Почему?
1) Да, так как ______________________________________________
2) Нет, так как____________________________________________
9. Помогает липредварительно проведённая презентация о цифровой лаборатории «Архимед» дляиспользования её на элективном курсе
1) Да, презентациядаёт полную информацию для работы с цифровой лаборатории «Архимед»
2) Да, но по моемумнению ________________________________
3) Нет
10. Доступна ли дляВас техника работы с цифровой лабораторией «Архимед»?
1) Да, я смогуиспользовать цифровую лабораторию «Архимед» в самостоятельной исследовательскойдеятельности
2) Да, я смогуиспользовать цифровую лабораторию «Архимед», но только при руководстве учителя
3) Нет
11. Позволяет лииспользование цифровой лаборатории «Архимед» получать данные, недоступные втрадиционных учебных экспериментах
1) Да
2) Нет
12. Какойэксперимент был наиболее наглядным для понимания Вами учебного материала?
1) С цифровойлабораторией «Архимед»
2) Без неё
13. Хотели бы Вы,чтобы на занятиях элективного курса использовалась цифровая лаборатория«Архимед»? Почему?
1) Да, так как_______________________________________________
2) Нет, так как______________________________________________
Благодарим за участиев исследовании!