Практика использования цифровой лаборатории центра «Точка роста» на уроках химии. Методическая разработка
методическая разработка по химии (8 класс)

 Л.Н. Кузнецова

учитель химии МБОУ СШ №8, г Выкса, Нижегородской области

Практика использования цифровой лаборатории центра

«Точка роста» на уроках химии

Введение

Современное школьное образование реализует стандарты нового, уже третьего поколения, методологической основой которого является системно-деятельностный подход в обучении.

Стандарт нового поколения конкретизирует требования к личностным, предметным и метапредметным результатам обучающихся, включая в метапредметные требования освоение межпредметных понятий и универсальных учебных действий, а также способности и организации построения своей индивидуальной образовательной траектории, владения навыками исследовательской, проектной и социальной деятельности.

Несомненно, ФГОС изменяет роль учителя, который перестает быть единственным носителем знания, а становится проводником в мире информации. Учителя уходят от привычных, традиционных уроков, уроки становятся больше неформальные и нелинейные. Перед учителем встает вопрос: как учить? Мы должны не просто формировать или развивать необходимые интеллектуальные и личностные качества, но и взаимодействовать со средой, в которой растет ребенок. Ученик становится активным субъектом учебной деятельности, а учитель выступает в роли помощника и консультанта, симулирующего активность, инициативу и самостоятельность ребенка.

Так же в современном образовании немаловажно формирование и развитие естественно-научной грамотности, учащиеся должны не только знать, но и применять свои знания на практике, в их повседневной жизни.

Предмет Химия специфичный и сложный в изучении, а это не способствует повышению мотивации к изучению предмета у ребят. Есть дети, которые приходят на их еще первые уроки химии, и уже уверены, что химия им не нужна и в жизни не пригодится. Химия, как учебная дисциплина, в последние годы не пользуется популярностью у школьников. Как вести образовательный процесс, как заинтересовать и замотивировать современных детей? Эти вопросы мы задаем каждый день и каждый раз пытаемся найти на них ответы.

Многие формы и методы работы за нас уже придуманы и разработаны, несомненно, они имеют эффективное применение, но за 68 часов учебной нагрузки, они постоянно повторяются, и не только у одного учителя, тем самым уже не мотивируют ученика.

Для повышения качества образования и развития интереса по предмету есть внеурочная деятельность, где я, как учитель химии, веду курс «Химия в цифре» 8 класс с использованием цифровой лаборатории цента «Точка роста», пишем проекты и участвуем на конференциях. Но на данный курс ходят единицы, кто-то не заинтересован, потому что успеваемость по предмету и так низкая, у кого-то нет возможности по различным причинам, главная это транспортная доступность, поскольку школа сельская и школьный/общественный транспорт по расписанию, 9-е и 11-е классы заняты подготовкой к экзаменам и написанию индивидуальных проектов, снова возникает вопрос как научить и заинтересовать.

Поэтому, целью моего педагогического опыта является использование цифровой лаборатории центра «Точка роста» на уроках химии для повышения качества образования, развитие практико-ориентированных умений и развития личности каждого ученика.

В соответствии с целью я решаю следующие задачи:

- цифровая лаборатория используется как новый прием организации учебной деятельности, особенно в темах, которые несут информационный характер, где не предусмотрены лабораторные или демонстрационные опыты, добавление элементов исследовательской деятельности изменяет атмосферу и ход урока;

- использование элементов исследовательской деятельности дает возможность создать условия для организации и управления его самостоятельной познавательной деятельности по приобретению новых знаний и формирования собственного опыта творческой деятельности.

- применение цифровой лаборатории на уроках химии при проведении лабораторных работ, для полноты полученной информации, для подтверждения раннее известных теоретических знаний.

Задания исследовательского характера с использованием цифрового оборудования вызывают усиленный интерес у учащихся, что приводит к мотивированному получению новой информации, глубокому и прочному усвоению учебного материала, способствует приобретению новых исследовательских умений

Цифровая лаборатория по химии позволяет организовать процесс обучения так, чтобы у учащихся развивались познавательные способности, формировались приемы умственной деятельности (анализ, синтез, абстрагирование, обобщение, сравнение), чтобы учащиеся умели самостоятельно работать, делать обобщение и выводы, творчески применять знания в новых ситуациях. Цифровые исследования проводятся в параллели с традиционными лабораторными опытами.

При проведении лабораторных работ учащиеся используют и аналоговое лабораторное оборудования и реактивы. Проводят сравнительный анализ, полученных данных опытным и компьютерным путем, обсуждают полученные данные. Ставят перед собой проблемные вопросы и сами их решают. В связи с чем, на уроке можно увидеть рабочую атмосферу.

На основе полученных экспериментальных данных учащиеся смогут самостоятельно делать выводы, обобщать результаты, выявлять закономерности, что однозначно будет способствовать повышению мотивации обучения школьников.

С современными детьми, века компьютерных технологий, современные средства обучения.

Основная часть

Химия – это не гуманитарная наука, в ней большое значение имеет эксперимент, где учащиеся чувствуют себя исследователями. Анализируя результаты проведённых опытов, учащиеся убеждаются в том, что те или иные теоретические представления соответствуют или противоречат реальности. Проводя химический эксперимент можно проверить достоверность прогнозов, сделанных на основании теоретических знаний. В процессе экспериментальной работы учащиеся приобретают опыт познания реальности, являющийся важным этапом формирования у них убеждений, которые, в свою очередь, составляют основу естественно-научной грамотности.

Цифровая лаборатория полностью меняет методику и содержание экспериментальной деятельности. Широкий спектр датчиков позволяет учащимся знакомиться с параметрами химического эксперимента не только на качественном, но и на количественном уровне. Цифровая лаборатория позволяет вести длительный эксперимент даже в отсутствие экспериментатора, а частота их измерений неподвластна человеческому восприятию.

Цифровое учебно-лабораторное оборудование обеспечивает автоматизированный сбор и обработку данных, позволяет отображать ход эксперимента в виде графиков, таблиц, показаний приборов. Проведенные эксперименты могут сохраняться в реальном масштабе времени и переносить на бумажный носитель.

Преимущества современного цифрового учебно-лабораторного оборудования: позволяют производить измерения различных процессов; производить измерения показателей состояний различных систем; не требуют длительного подготовительного этапа, очень просты в использовании; с ними удобно работать при проведении демонстрации и при проведении лабораторных и практических работ; позволяют проводить количественные измерения.

Перечислим цифровые датчики, которые используются в практике работы учителя химии:

1. Датчик рН

Датчик рН предназначен для измерения водородного показателя (рН). Диапазон измерений рН от 0―14, с большей точностью (до 0,01 единицы рН), что позволяет более точно определить кислотность в различных исследованиях объектов окружающей среды.  

Водородный показатель имеет важное значение во многих отраслях: в косметологии многие продукты проходят проверку на оптимальное значение pH для безопасности кожи – особенно популярны среди школьников крема, салфетки и парфюм; в пищевой промышленности, к примеру, кислотность напитков от воды и чая до лимонада и кофе.

Работу с датчиком я начала с 8 класса, при изучении тем «Кислоты. Основания.» для определения реакции среды (Приложение 1, 2). В 9 классе при изучении отдельных веществ.

Датчик прост в использовании, достаточно опустить в исследуемый раствор, и наблюдать за показателем на мониторе ноутбука. Датчик не требует постоянной калибровки.

2. Датчик электропроводимости

Датчик электропроводности предназначен для измерения удельной электропроводности жидкостей, в том числе и водных растворов веществ. Применяется при изучении теории электролитической диссоциации, характеристик водных растворов.

Работу с датчиком начала с 8 класса по теме «Сильные и слабые электролиты» (Приложение 4), сопровождается исследованием электропроводности веществ с использованием датчика электропроводности на основе которого делается вывод о силе электролита.

Также в 9 классе при изучении темы «Вода в жизни человека», по результатам электропроводимости воды, можно судить о количественном содержании солей (Приложение 3). Урок в 11классе «Жесткость воды», как предотвратить накипь в чайнике, утюге или стиральной машине. Почему после душа/ванны сохнет кожа и можно ли это исправить? Ответить на вопросы, почему именно серная кислота используется как электролит в аккумуляторах автомобилей или почему соляная кислота в желудке человека не вредит нашему организму.

Заключение

Цифровая лаборатория на уроках – это новый прием в методике преподавании, который не только полностью раскрывает и охватывает системно – деятельностный подход, но и меняет траекторию взаимодействия учителя с учениками и учеников между собой.  

Задания исследовательского характера с использованием цифрового оборудования вызывают усиленный интерес у учащихся, что приводит к мотивированному получению новой информации, глубокому и прочному усвоению учебного материала, способствует приобретению новых исследовательских умений.

Обучающиеся получают возможность эффективно использовать цифровое оборудование при решении учебно-исследовательских задач, выполнения лабораторной работы на уроке, а также могут объективно оценивать результаты своей мыслительной и творческой деятельности на уроке. Такой прием позволяет учащимся самостоятельно работать, делать обобщение и выводы, творчески применять знания в новых ситуациях, а учителю выступать в роли консультанта.

Таким образом, обучение на уроках химии с применением цифрового оборудования, целенаправленно ведет за собой формирование и развитие естественно – научной грамотности, а также качества образования.

Список литературы

1. Габриелян О. С. / Химия. 8 класс: учебник– 2-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2014. – 319 с.
2. Габриелян О. С. / Химия. 9 класс: учебник– 2-е изд., стереотип. – М. : Дрофа, 2014. – 319 с.
3. Глинка Н. Л. Общая химия: учебное пособие для вузов – 26 – е изд; под ред. В. А. Рабиновича. – л.: химия, 1987 с 704.
4. Бордовская Н.В. , Даринская Л.А., Костромина С.Н. Современные образовательные технологии. М.: Кнорус, 2011. 269 с.
5. Инновации в преподавании химии: сборник научных и научнометодических трудов V Международной науч.-практ. конф., г. Казань, 27–28 марта 2014 года / под ред. С.И. Гильманшиной. – Казань: Казан. ун-т, 2014. – 316
6. Беспалов П. И., Дорофеев М.В.  Методическое пособие: Реализация образовательных программ естественнонаучной и технологической направленностей по химии с использованием оборудования центра «Точка роста»

Приложение 1

Фрагмент урока по теме «Кислоты» в 8 классе

Лабораторный опыт «Определение реакции среды»

Лабораторный опыт «Определение реакции среды»

Цель работы: сформировать представление о рН как о характеристике кислотности среды. Ввести ассоциативную связь между цифровым значением рН и соответствующим аналоговым сигналом: универсальной индикаторной бумаги и цветом индикатора.

Методика выполнения лабораторного опыта с помощью цифрового рН метра:

1. Подключите мультидатчик к ноутбуку с помощью USB кабеля. Запустите программу и выберете датчик «рН датчик» нажмите кнопку «Подключить».
2. Опускаем датчик в исследуемый раствор.
3. Заходим в «Общие настройки» нажимаем кнопку «Пуск».
4. Дожидаемся фиксирование показателя. Нажимаем кнопку «Пауза», переставляем датчик в следующий раствор.
5. Для других образцов провести аналогичные измерения, результаты записать в таблицу и ответить на поставленные вопросы.
6. После окончания лабораторной работы ополосните датчик дистиллированной водой оботрите фильтровальной бумаге и разберите установку в обратной последовательности.

«Значение водородного показателя.  Реакция среды»

Лабораторный опыт «Ознакомление со свойствами кислот, определение реакции среды»

Цель: сформировать представление о рН как о характеристике кислотности среды. Ввести ассоциативную связь между цифровым значением рН и соответствующим аналоговым сигналом: универсальной индикаторной бумаги и цветом индикатора.

Методика выполнения

1. С помощью пипетки нанесите каплю исследуемого образца на универсальную индикаторную бумагу. Что можно сказать о реакции среды?
2. С помощью пипетки исследуемый раствор разделите на 2 пробирки, в первую внесите 1-2 капли лакмуса, во вторую добавьте 1-2 капли метилового и так проделайте с каждым веществом. Запишите окраску индикаторов.
3. Данные занесите в таблицу. Сравните результаты с таблицей 4 на стр.118.
4. Ответьте на поставленные вопросы.

Таблица «Значение водородного показателя.  Реакция среды»

Приложение 2

Лабораторный опыт «Ознакомление со свойствами щелочей и веществ, дающих щелочную среду» 8 класс

1. Рассмотрите выданные вам образцы гидроксидов натрия, соды (Na2CO3), порошка и жидкого мыла. В каком агрегатном состоянии они находятся?

2. Прилейте в стаканы с образцами по 50 мл воды и аккуратно перемешайте!!! Что вы наблюдаете? Какой вывод вы можете сделать о растворимости этих веществ в воде? Сравните данные результаты с таблицей растворимости.

3. С помощью пипетки нанесите каплю исследуемого образца на универсальную индикаторную бумагу. Что можно сказать о реакции среды?

4. Подтвердите значение рН с помощью цифрового рН метра. Датчик опустить в исследуемый раствор и дождаться фиксированного показателя. Различаются ли ваши показатели, если да, то почему?

3. С помощью пипетки исследуемый раствор разделите на три пробирки, в первую внесите 1-2 капли лакмуса, во вторую добавьте 1-2 капли метилового оранжевого и в третью 1-2 капли фенолфталеин, и так проделайте с каждым веществом. Запишите окраску индикаторов. Сравните результаты с таблицей 4 на стр.118.

4. После таблицы сделайте соответствующие выводы о проделанной работе.

5. Задание для развития функциональной грамотности: рН кожи и волос здорового человека составляет примерно 5 (смотри шкалу). Для мытья волос Таня использует нейтральный шампунь с рН в пределах 6―8.

Какую жидкость может использовать Таня в качестве ополаскивателя волос после мытья головы, если она хочет поддержать естественный рН волос?

1) Дистиллированную воду.

2) Дождевую воду.

3) Слабый раствор пищевой соды.

4) Слабый раствор лимонного сока.

Ответ: слабый раствор лимонного сока, так как шампунь имеет щелочную среду, нужен баланс кислоты и щелочи.

Приложение 3

Фрагмент урока в 9 классе «Вода в жизни человека»

1. Подводит учащихся к формулировке темы урока:

В морях и реках обитает,

Но часто по небу летает.

А как наскучит ей летать,

На землю падает опять. (Вода).

Что общего у слов: аквариум, акватория, акваланг, акварель? Отвечают аква, в переводе с латинского вода.

2. Запишем число и тему «Вода в жизни человека» в тетрадь.
3. Из курса географии вам известно, что вода самое распространенное вещество на Земле. Из курса биологии вам известно, что всё живое состоит из воды.

Ребята, подумайте, и заполните таблицу, что о воде вы знаете, что хотели бы узнать и одна колонка будет заполнена походу урока «Не знал».

4. Обсуждаем заполнение таблицы: Формула, строение молекулы, физические свойства воды. Предлагаю поработать с текстом на стр.144-148 и дополнить таблицу.
5. Какие виды воды знаете? Отвечают: водопроводная, дистиллированная, питьевая, речная морская и др. чем отличаются эти воды? Водопроводная, речная и морская вода содержат растворённые соли. Дистиллированная вода не содержит солей. Можно ли пить воду из-под крана или лучше пить дистиллированную? Проводит ли вода электрический ток? Да/ нет, почему? Отвечают на вопросы и выдвигают гипотезы.
6. Предлагаю экспериментальным путем ответить на поставленные вопросы.
7. Каждой группе выдан образец воды, необходимо измерить рН, электропроводимость воды и качественно определить хлорид и сульфат-ионы, по полученным данным определить какая вода у вас находится. Данные оформить в виде таблицы:

Лабораторный опыт «Определение реакции среды в образце воды»

Методика выполнения лабораторного опыта с помощью цифрового рН метра:

1. Подключите мультидатчик к ноутбуку с помощью USB кабеля. Запустите программу и выберете датчик «рН датчик» нажмите кнопку «Подключить».
2. Опускаем датчик в исследуемый раствор.
3. Заходим в «Общие настройки» нажимаем кнопку «Пуск».
4. Дожидаемся фиксирование показателя.
5. После окончания лабораторной работы ополосните датчик дистиллированной водой оботрите фильтровальной бумаге и разберите установку в обратной последовательности.

Лабораторный опыт. «Определение воды с помощью датчика электропроводимости»

Цель работы: сформировать у школьников представление, что свойства чистого и загрязнённого вещества различаются, и осознание того, что для опытов нужно использовать дистиллированную воду. Сформировать навык определения объекта по его свойствам на основе обучающей выборки.

Методика выполнения:

1.        Подключите мультидатчик к ноутбуку с помощью USB кабеля. Запустите программу и выберете датчик «электропроводимости» нажмите кнопку «Подключить».

2.        Опускаем датчик в исследуемый раствор.

3.        Заходим в «Общие настройки» нажимаем кнопку «Пуск».

4.        Дожидаемся фиксирование показателя.

5.        После окончания лабораторной работы ополосните датчик дистиллированной водой оботрите фильтровальной бумаге и разберите установку в обратной последовательности.

Лабораторный опыт «Качественное определение солей»

Определение вод с помощью химических реактивов. Качественное определение хлорид и сульфат-ионов.

 *Реактивом на хлорид – ионы являются ионы серебра. Хлориды относятся к главным ионам, содержание которых в речных и озёрных водах колеблется от долей миллиграмма до граммов в литре; в морских и подземных водах концентрации хлоридов выше — до перенасыщенных растворов и рассолов. Повышенные концентрации хлоридов ухудшают вкусовые качества воды, делая её непригодной для питьевого водоснабжения, а также уменьшают или же полностью исключают возможность использования для технических, хозяйственных целей и орошения.

*Реактивам на сульфат – ионы являются ионы бария.

В исследуемый образец воды с помощью пипетки добавьте по 2―3 капли раствора нитрата серебра. Запишите наблюдения в таблицу. Обратите внимание на цвет и структуру осадка. То же самое проделайте с раствором хлорида бария.

После выполнения опыта представляют свою группу, обсуждают результаты. Приходят к общему заключению. Водопроводная вода содержит растворённые соли, которые влияют на её свойства. В частности, примеси солей обусловливают электропроводность водопроводной воды. Дистиллированная вода не содержит солей, а значит, будет обладать меньшей электропроводностью. Таким образом, с помощью датчика электропроводности можно отличить дистиллированную воду от водопроводной.

Раскрываю образцы. 1. Дистиллированная, 2. водопроводная, 3. колодезная и 4. речная.

Приложение 4

Лабораторный опыт «Электролиты и неэлектролиты»

Электрическая проводимость растворов зависит от наличия свободных ионов, образующихся в растворе в процессе растворения веществ, а также от их количества. Определить принадлежность вещества или раствора вещества к электролитам можно при помощи измерения электропроводности. Если электропроводность велика, то исследуемый объект − электролит. Если значение электропроводности меньше 20 мкCм/см, то это неэлектролит.

Цель работы: определить принадлежность веществ, смесей веществ и растворов веществ к электролитам и неэлектролитам.

Методика выполнения

1. Подключите мультидатчик к ноутбуку с помощью USB кабеля. Запустите программу и выберете датчик «электропроводимости» нажмите кнопку «Подключить».
2.  Обратите внимание! Датчик после каждого опыта тщательно промывается водой.

3. В стакан налейте 20 мл дистиллированной воды и опустите в стакан датчик электропроводимости. Заходим в «Общие настройки» нажимаем кнопку «Пуск». Наблюдайте за изменением значения электропроводности. Уберите датчик, добавьте 1 ложку поваренной соли, размешайте стеклянной палочкой, опустите датчик, что наблюдаете?

3.Когда показания датчика перестанут изменяться, запишите его значение в таблицу. Проводит ли раствор соли электрический ток?

4. Аналогичные действия проведите с раствором сахарозы (сахар).

5. Затем датчик опустите в стакан с водопроводной водой.

6.После окончания лабораторной работы ополосните датчик дистиллированной водой оботрите фильтровальной бумаге и разберите установку в обратной последовательности.

Результаты измерений.

Контрольные вопросы:

1.Обращают внимание, что ни дистиллированная вода, ни твёрдая соль не проводят электрического тока. Тем не менее раствор соли в воде проводит электрический ток. Это значит, что в растворе откуда-то появляются подвижные заряды. Под это наблюдение

2. Всегда ли водные растворы веществ проводят электрический ток? Не всегда, т. е. некоторые вещества не дают ионов при растворении. Это – вещества с молекулярной кристаллической решёткой.