Цифровая лаборатория «Архимед»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ ЛАБОРАТОРИИ «АРХИМЕД» НА УРОКАХ ХИМИИ И ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.

Cовременную жизнь довольно сложно представить без использования информационных технологий. Интенсивный переход к информатизации общества определяет все более глубокое внедрение информационных технологий в различные области человеческой деятельности. Это вполне справедливо и для учебного процесса, где без компьютера уже не обойтись и поэтому уроки все чаще проходят с применением ИКТ.

При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет наглядность учебного материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, и повышает интерес к предмету.Такие науки как химия, физика не могут изучаться только теоретически, им обязательно нужна практическая основа - эксперимент. Эксперимент позволяет учащимся самим убедиться в справедливости существующих законов природы, а также в верности выдвинутой научной гипотезы или наоборот, в ее ошибочности.

Для того, чтобы повысить эффективность эксперимента, необходимо использовать современные приборы, ведь именно они регистрируют данные, которые и являются основой вычислений. К таким современным приборам относятся всевозможные датчики, регистраторы которые позволяют проводить эксперимент с высокой точностью и наглядностью, отображать ход эксперимента в виде графиков, таблиц и показаний приборов, а также представляют большие возможности по обработке и анализу полученных данных.

Именно к таким современным средствам измерения и относится цифровая лаборатория «Архимед». Это оборудование для проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ, проектной и исследовательской деятельности учащихся.

Цели использования лаборатории «Архимед»: 

• осуществлять новые подходы в обучении
• способствовать формированию у учеников навыка самостоятельного поиска, обработки и анализа информации, раскрытию творческого потенциала учащихся
• создание электронного ресурса, содержащего различные виды объектов (текстовые, анимированные модели, презентации).

Цифровые лаборатории предоставляют возможность:

• сократить время, которое затрачивается на подготовку и проведение фронтального или демонстрационного эксперимента;
• повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов, расширить список экспериментов;
• получение данных, недоступных в традиционном учебном эксперименте;
• возможность производить удобную обработку результатов эксперимента;
• автоматизация сбора и обработки данных экономит время и силы учащихся и позволяет сосредоточить внимание на сути исследования;
• проводить измерения в полевых условиях;
• модернизировать уже привычные эксперименты;
• повышение уровня знаний по химии за счёт активной деятельности учащихся в ходе экспериментальной исследовательской работы.

Лаборатория «Архимед» — это комплект, в состав которого входят датчики и регистратор. USBLink – особый регистратор, который с помощью USB кабеля может быть присоединен к любому компьютеру. К этому регистратору может быть одновременно подключено до восьми датчиков. Подключив веб-камеру, можно не только проводить сложные эксперименты, но и создавать мультимедийные презентации, которые будут содержать в себе звук, текст, видеоматериалы и экспериментальные данные.

В состав лаборатории по химии включены датчики:

• электропроводимости
• мутности (турбидиметр)
• колориметр трехцветный
• нитрат-ионов
• калия с электродом
• аммония
• кальция
• счетчик капель
• pH-метр
• температуры (-25 до 100) и (0 до 1200).

В состав каждый лаборатории входит программное обеспечение — программа MultiLab. Данная программа используется для сбора, анализа и обработки данных на настольном компьютере.

Возможности MultiLab:

• Сборка данных и отображение их в ходе эксперимента;
• Выбор различных способов отображения данных – в виде графиков, таблиц, табло измерительных приборов;
• Обработка и анализ данных с помощью Мастера анализа;
• Импорт/экспорт данных текстового формата;
• Ведение журнала экспериментов;
• Просмотр видеозаписи предварительно записанных экспериментов.

Цифровая лаборатория «Архимед» используется для проведения самых различных школьных исследований естественнонаучного направления. С её помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Использование данной лаборатории позволяет решать не только предметные но и межпредметные задачи — наряду со знанием методов обучения ученик осваивает и информационные технологии.

В пособиях предлагаются следующие опыты, для проведения на уроках, а также на факультативных занятиях по химии:

• Реакции нейтрализации (Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой)
• Титрование в среде кислота/щёлочь
• Окислительно-восстановительные реакции (Взаимодействие хлорида меди с алюминием)
• Экзотермические реакции (Растворение гидроксида натрия в воде)
• Эндотермические реакции (Растворение нитрата аммония в воде)
• Закон Гесса. Аддитивность теплоты реакции
• Теплота сгорания
• Плавление и кристаллизация
• Измерение калорийности продуктов питания
• Измерение кислотности различных напитков и бытовых моющих средств.
• Можно использовать предложенные опыты или видоизменять их.

Я хочу рассказать, как использую цифровую лабораторию «Архимед» на уроках химии и на элективных курсах. Лабораторию «Архимед» можно использовать для проведения демонстрационных, лабораторных опытов, практических работ и внеурочных исследованиях.

8 класс при изучении темы «Первоначальные химические понятия», первая практическая работа, ученики знакомятся с лабораторным оборудованием, изучают строение пламени. Визуально можно различить три зоны пламени. При внесении лучины ученики определяют, какая зона пламени имеет самую высокую температуру. Все эти измерения имеют примерный характер (лучина загорается быстрее или медленнее), но при использовании датчика температуры мы получаем самую достоверную информацию. Датчик температуры мы вносим в различные зоны пламени, идет регистрация полученных данных. После окончания измерений, мы получаем график, показывающий изменение температуры. Ученики видят, что пламя горячее всего в верхней зоне и становится холоднее по мере смещения датчика к фитилю.

При изучении темы:Тепловой эффект химической реакции. Экзо-и эндотермические реакции. Использую демонстрационные опыты. Растворение гидроксида натрия в воде (экзотермическая реакция), растворение нитрата аммония в воде (эндотермическая реакция). При проведении измерений температуры, учащиеся на графиках видят изменение температуры и делают вывод о поглощении и выделении температуры.

Тема: «Основания». Демонстрационный опыт. Реакции нейтрализации. Взаимодействие гидроксида натрия с соляной кислотой. Сначала показываю традиционный опыт, с использованием индикатора фенолфталеина. Затем провожу опыт с использованием датчика рН. На графике мы видим изменение рН при приливании к гидроксиду натрия соляной кислоты.

Лабораторный опыт. Действие кислот, оснований, воды на индикаторы. Проводим традиционный опыт с индикаторами и с использованием датчика рН. Делаем выводы на основе графиков.

9 класс. Тема: «Металлы».Взаимодействие кислот с металлами. Электрохимический ряд напряжения металлов. Демонстрационный опыт.«Тепловой эффект химических реакций взаимодействия раствора соляной кислоты с различными металлами».

Сначала измеряем температуру исходного раствора соляной кислоты, затем температуру, полученную при взаимодействии этого раствора с:а) алюминием, б) цинком, в) магнием.

На основе полученных графиков делаем выводы. В реакции с магнием температура реакционной среды резко возросла – реакция экзотермическая. В других реакциях повышение температуры было очень незначительное. Восстановительная способность магния, расположенного в ряду Бекетова левее алюминия и цинка значительно выше. Об этом косвенно напоминает тепловой эффект проведенной реакции.

Тема: «Электролитическая диссоциация». Лабораторные опыты. Испытание веществ на электрическую проводимость. Датчик электропроводности опускаем в растворы разных веществ. а) этанола б) глюкозы в) гидроксида натрия г) соляной кислоты.На основе полученных данных делаем вывод об электролитах и неэлектролитах.

Демонстрационный опыт. Проводимость раствора соли. К дистиллированной воде по каплям добавляем раствор соли и датчиком измеряем, как изменяется электропроводность. Делаем вывод о взаимосвязи электропроводимости и концентрации.

Тема: Гидролиз. В 9 классе провожу демонстрационный опыт, а в 11 классе практическая работа. Измерение рН различных растворов солей а)хлорида натрия б) сульфата меди в) карбоната калия. На основании графиков делаем вывод, что при растворении солей в воде происходит химическая реакция изменяющая среду раствора.

Опыт: Влияние температуры на степень гидролиза ацетата натрия. На основе полученных данных делаем вывод что при повышении температуры гидролиз усиливается.

Практическая работа в 9 классе «Получение углекислого газа и изучение его свойств». Стандартные индикаторы (лакмус, метиленовый оранжевый) не позволяют фиксировать изменения кислотности среды от образующейся в растворе слабой угольной кислоты. С помощью электронного датчика становиться возможным определение даже самых незначительных изменений характера среды и на графике учащиеся наблюдают эти отклонения.

Наиболее полное использование лаборатории возможно на элективных курсах или во внеурочной деятельности. Данные виды занятий, в отличие от урока, более свободны в отношении временных рамок и мест проведения. Да и вопросы, решаемые на этих занятиях, призваны углубить и расширить материал, изучаемый в рамках урока.

Наличие датчиков кислорода, рН и освещенности (в комплекте с датчиками температуры и влажности) делают лабораторию незаменимой при проведении экологических исследований. Элективный курс «Я и природа» 5 класс. На занятиях при изучении загрязнения воздуха проводим измерения уровня углекислого газа, присутствующего в атмосфере в кабинете до начала, во время и в конце занятия. Регистрируем, как меняется уровень углекислого газа. Аналогично проводим исследование по содержанию кислорода в учебном помещении в течение всего дня. Изучение почвы, проводим опыты по определению структуры почвы, определению окраски почвы и определению кислотности в почвенной вытяжке. Изучение воды. Активная реакция среды, является одним из параметров качества питьевой воды, наряду с такими характеристиками как температура, мутность, цветность, запах и привкус, прозрачность, общая жёсткость, содержание ионов, окисляемость.Определение рН питьевой не минерализованной воды, минеральной воды, газированных окрашенных напитков.

Указанные мной лабораторные и демонстрационные работы, естественно, не исчерпывают возможностей лаборатории «Архимед». Учитель вместе со своими учениками может разработать и провести еще более интересные, более актуальные исследования. Цифровая лаборатория «Архимед» предоставляет все условия для развития творческого подхода к процессу обучения.