Использование датчиковой системы L-микро
для организации учебной деятельности
школьников на уроках химии.
учитель химии МКОУ СОШ с. Гаровка-2
Хабаровского муниципального района
высшая квалификационная категория
стаж работы 10 лет
Эксперимент в обучении химии имеет огромное значение. Традиционно при проведении химической реакции мы обращаем внимание на изменение цвета, выпадение или растворение осадка, выделение пузырьков газа.
Однако, есть изменения в химической системе, которые достаточно трудно показать, например, изменение температуры и выделение газа. Возможный способ решения этой задачи – использование датчиковой системы.
Представляемая датчиковая система L-микро включает в себя датчики температуры 1000С и 10000С, датчик объема газа, датчик определения рН раствора, датчик электропроводности и датчик оптической плотности.
Также система включает в себя программное обеспечение, с помощью которого появляется возможность в зависимости от задач эксперимента работать с датчиками «непосредственно», фиксируя зависимость параметров от времени опыта или по «точкам» и по «готовому сценарию». Полученные результаты могут быть сохранены в памяти компьютера для дальнейшего использования.
Что такое сценарий? Для каждого предлагаемого эксперимента методическое руководство содержит описание идеи демонстрационного эксперимента и подробной методики его выполнения, т. е. указан порядок операций. Сценарии различаются набором используемых датчиков, правилами считывания данных и выводом данных на экран.
Датчики подключаются к компьютеру через компьютерный измерительный блок. К нему можно подключить один или два датчика, что позволяет одновременно измерит один или два параметра. Датчики преобразуют измерительные параметры в напряжение. Компьютерный измерительный блок преобразует напряжение на выходе датчика в сигнал, который может быть прочитан компьютером. Компьютерная программа выводит значение измеряемого параметра на экран и сохраняет полученный массив данных в оперативной памяти.
Заинтересованное изучение химии возможно главным образом в результате широкого применения в учебном процессе лабораторных работ. Однако, реально количество демонстрационных и особенно практических работ, используемых в средней школе, невелико. Проводить такие уроки существенно сложнее, чем обычные. Подготовка и проведение экспериментов требует значительных временных и материальных затрат, а также соблюдения мер безопасности. С другой стороны, школьное оборудование кабинета химии не подверглось большим изменениям. Оно часто не удовлетворяет потребностей современной школы и достаточно дорого.
Помочь учителю преодолеть указанные трудности, провести хотя бы часть практических работ на современном уровне и повысить привлекательность химии, призван лабораторный компьютерный комплекс L-микро.
Что же касается химических реакторов, т. е. той части оборудования, которую ученики могут собирать и подключать к измерительной системе самостоятельно, основными принципами разработчиков были: наглядность, доступность и безопасность. Приборы предельно просты по конструкции, их можно легко собрать как учителю, так и ученикам. Чтобы приблизить практические работы в школе к работе в обычной лаборатории, та часть оборудования, в которой протекает химический процесс, укомплектован традиционной стеклянной химической посудой. Это, например, химический стакан с делениями и мешалкой или пробирка со стеклянной насадкой, присоединенной герметично с помощью стандартного разъема-шлифа. Такое оборудование универсально, один и тот же прибор используется не только в нескольких опытах, но и в различных практических работах. При желании, отдельные его части могут быть заменены другими аналогичными, уже имеющимися в лаборатории. При использовании этих приборов исследователь наблюдает процесс одновременно не только "изнутри" с помощью датчика, но и визуально, если есть видимые глазом изменения реакционной массы. Например, можно соотнести показания датчика с процессом растворения вещества или изменения окраски раствора.
Остановимся на некоторых интересных особенностях практических работ по химии. Для исследования скорости химической реакции необходима гранула цинка размером всего 1-2 мм! Обычной гранулы в несколько грамм достаточно для проведения практической работы всем классом. А одного миллилитра 10%-го раствора соляной кислоты достаточно, чтобы провести три сравнительных опыта за 10-15 минут! Еще несколько минут займет обработка данных по программе и ученики получают три кинетические кривые, размещенные на одном графике и соответствующие им значения скорости химической реакции. При этом сборка прибора, подключение измерительной системы, приготовление веществ их смешение и подготовка к последующим опытам может проводиться как самим учителем, так и учениками.
Компьютерный учебный комплекс L-микро, благодаря современному подходу к исследованию, поможет учителю заинтересовать учеников и поднять престиж химического образования.
Тема «Растворы»
v Выделение тепла при растворении серной кислоты в воде
Цель. Продемонстрировать школьникам, что при растворении возможны различные тепловые эффекты.
Реакция: H2SO4 + aq = 2H+aq + SO42‑aq + Q
Реактивы: Серная кислота H2SO4 (конц.), вода.
Оборудование: Стакан на 200-300 мл, термодатчик, пипетка на 2, 5 или 10 мл.
Подготовка к работе. Помещают термодатчик в стакан. Подключают компьютерный измерительный блок к компьютеру, а термодатчик – к первому каналу компьютерного измерительного блока. Запускают датчик температуры (запись отдельных точек)..
Рис.№1 Настройка оборудования |
Рис.№ 2Начальная температура |
Выполнение. В стакан наливают 100 мл воды. Нажатием на кнопку «Выбор» выводят на график значение температуры. Добавляют в воду от 2 до 5 мл серной кислоты (чтобы не засасывать кислоту в пипетку можно погрузить пипетку в банку с кислотой так, чтобы кислота сама поднялась до определенного уровня). Выливают кислоту в воду, перемешивая содержимое датчиком. Когда температура в подокне ввода значений перестанет меняться, нажимают на кнопку «Выбор» , чтобы отметить точку на экране. Повторить процедуру 3-4 раза.
Рис. № 3 График после добавления серной кислоты |
Рис № 4 Определение максимальной температуры |
Наблюдение. С каждым добавлением температура растет. Возможно, на внутренних стенах стакана сконденсируется влага.
Вопросы для обсуждения на уроке. За счет чего происходит выделение тепла? Когда оно прекратится (когда количество ионов H+ из серной кислоты будет больше, чем количество молекул воды). Почему нужно лить кислоту в воду, а не наоборот? Можно ли считать растворение химической реакцией?
Меры предосторожности: Следует обязательно добавлять серную кислоту к воде, а не наоборот!
v Электролиты и неэлектролиты
Цель. Продемонстрировать школьникам, что некоторые вещества при растворении в воде дают электропроводные растворы, а некоторые – неэлектропроводные.
Реактивы. Поваренная соль NaCl (100-200 мг), сахар C12H22O11 (столько же), дистиллированная вода; фильтровальная (туалетная) бумага.
Оборудование. Стаканчики на 50-100 мл – 2 шт., датчик электропроводности.
Подготовка к работе. Подключают компьютерный измерительный блок к компьютеру, а термодатчик – к первому каналу компьютерного измерительного блока. Запускают датчик электропроводности (зависимость от времени).
Выполнение. 1. В стакан наливают дистиллированную воду и погружают датчик электропроводности. Нажатием на экранную кнопку «Пуск» запускают процесс измерения. Отмечают, что дистиллированная вода практически не проводит электрический ток. После чего в воду высыпают поваренную соль и перемешивают датчиком пока все на растворится. Нажатием экранной кнопки «Пауза» приостанавливают процесс измерения. Отмечают, что у раствора появилась электропроводность. Извлекают датчик и обтирают его фильтровальной бумагой.
2. В другой стакан наливают дистиллированную воду и погружают датчик. Нажатием на экранную кнопку «Далее» запускают дальнейший процесс измерения. Засыпают в воду сахар и перемешивают его датчиком. Обращают внимание, что электропроводность практически не изменяется. По просьбам школьников можно засыпать в воду еще сахара и убедиться, что электропроводность все равно не изменяется.
Комментарии. Поваренная соль, растворясь в воде, распадается на ионы (диссоциирует). Сахар таким свойством не обладает.
Вводимые понятия. Электролит. Электролитическая диссоциация.
Вопросы для обсуждения на уроке. Что должно быть в веществе, чтобы оно проводило электрический ток.
Рис. №5 Измерение электропроводности воды |
|
|
Рис. №6 Измерение электропроводности сухого хлорида натрия
Рис. №7 Измерение электропроводностиПримечание. Если будет возможность, имеет смысл экспериментально проверить несколько распространенных веществ вплоть до мыла – являются они электролитами или нет. Школьникам это будет интересно.
Я рассказала об использовании лишь нескольких датчиков. Таким образом, имея в школьном кабинете комплект оборудования L-микро, каждый учитель может поставить преподавание химии на качественно новый уровень и организовать многоплановую проектную и научно-исследовательскую деятельность учащихся по своему предмету. Использование этого оборудования позволяет поднять преподавание химии на качественно новую ступень, а выполнение научно-исследовательских работ становится реально доступным для учащихся любой, в том числе и сельской.
Достоинство оборудования:
· Доступная цена
· Компактность
· Возможность приобретения «по частям» (каждый датчик отдельно)
· Простота обращения
· Быстрота смены датчиков
· Возможность работы одновременно с несколькими датчиками (до четырех)
· Высокая степень наглядности
· Скорость выполнения опытов (самый сложный по времени до 5 минут)
· Динамичность эксперимента
· Возможность работы по сценарию
· Возможность создавать свой эксперимент
Таким образом, применение на уроках и во внеурочной деятельности информационно-коммуникационных технологий способствует:
· формированию ключевых и предметных компетенций на основе деятельностного обучения химии,
· созданию оптимальных условий для усвоения знаний в системе межпредметных связей.
· способствует повышению познавательного интереса к химии и биологии;
· содействует росту качественной успеваемости учащихся;
· позволяет учащимся проявить себя в новой роли;
· формирует навыки самостоятельной продуктивной деятельности;
· способствует созданию ситуации успеха для каждого ученика.
Школьники сами изучают материал, знакомятся с различными источниками информации, выделяют самое главное, анализируя прочитанное. При этом я, как учитель, становлюсь не руководителем, а консультантом, координатором, экспертом, источником актуальной информации. Каждый ребенок радуется СВОЕМУ полученному результату.
