1.4.1 Modele chimice
În plus față de observare și experiment în cunoașterea lumii naturale și chimia joacă un rol important de modelare. Unul dintre scopurile principale ale observației - caută modele în rezultatele experimentelor. Cu toate acestea, unele observații incomode sau imposibil de a efectua direct în natură. Mediul natural pentru a recrea în laborator cu ajutorul unor echipamente speciale, instalații, obiecte, și anume modele. Modelele sunt copiate numai cele mai importante caracteristici și proprietăți ale obiectului și a redus irelevante pentru ancheta. Deci, în modelele de chimie pot fi împărțite în două grupe: materialul și să semneze [4].
Modele de dispozitive chimice și industriale
Modele fizice ale atomilor, molecule, cristale, chimice produse chimice utilizate în scopuri de claritate.
Cea mai comună imagine este modelul atomului, care seamănă cu structura sistemului solar.
Pentru a simula substanțele moleculare utilizate frecvent modelul sharosterzhnevye. Modele de acest tip de perle colorate au fost colectate prin desemnarea unei părți a atomilor moleculei. Bile sodinyayut tije simbolizând legături chimice. Cu modelele sharosterzhnevyh reproduse destul de precis în unghiurile de valență molecule, dar distanța internuclear este înregistrată numai aproximativ, deoarece lungimea bielei bilele nu sunt lungimile legăturilor proporționale.
Modelul Dredinga transmis cu precizie suficient de unghiuri de legătură și lungimile legăturilor în raportul dintre molecule. Nucleele atomilor în acesta, spre deosebire de modelele sharosterzhnevyh notate nici bile și tije dots compus.
modelul semisferică, de asemenea, numite modele Stewart - Brigleba este colectat de la bile cu segmente tăiate. Modele atomi interconectate prin planuri feliere butoane. Modelul semisferic transmite cu precizie raportul dintre lungimile legăturilor și unghiurile, iar gradul de ocupare a spațiului internuclear în molecule. Cu toate acestea, rata de ocupare nu este întotdeauna posibil pentru a obține o reprezentare vizuală a pozițiilor relative ale nucleelor [25].
Modele de cristale se aseamănă cu modele moleculare sharosterzhnevye, dar nu a arătat moleculele individuale ale substanței, și arată dispunerea reciprocă a pulberilor în suspensie într-o stare cristalină.
Cu toate acestea, chimiștii de multe ori nu sunt modele materiale și simbolice - un simbolurile chimice, formule chimice, ecuațiile reacțiilor chimice. Cu caractere de elemente chimice și indici înregistrate formula substanțe. Indicele arată câți atomi ai unui element dat este o parte din moleculele de solut. Este scris în dreapta simbolului elementului chimic.
Formula chimică - model de conectare principal în chimie. Acesta arată: substanța specifică; o singură particulă de substanță; calitatea substanței, adică atomi care elemente sunt incluse în substanța; compoziția cantitativă, adică numărul de atomi din fiecare element inclus în substanța moleculei [4].
Toate modelele de mai sus sunt utilizate pe scară largă în crearea de modele interactive de calculator.
1.4.2 Clasificarea modelelor de calculator
Printre diferitele tipuri de software educațional special alocă cele care utilizează modele de calculator. Utilizarea de modele de calculatoare nu poate decât să crească vizibilitatea procesului de învățare și să-l intensifice, dar, de asemenea, schimba radical procesul. În ultimii ani, dezvoltarea calculatoarelor merge într-un ritm rapid, și pentru posibilitățile de modelare devin aproape nelimitate, astfel încât valoarea de modele de calculator în studiul disciplinelor școlare poate crește în mod substanțial. EE Nifantiev, AK Ahlebinin, VN Lihaciov remarcat faptul că principalul avantaj al modelelor de calculator - abilitatea de a simula aproape toate procesele și fenomenele, interacțiunea utilizatorului interactiv cu modelul, precum și punerea în aplicare a problemei, cercetarea abordează în procesul de învățare [23].
V. N. Lihachev sugerează să clasifice modele educaționale de calculator pe baza mai multor criterii, printre care sunt șef prezența animației la afișarea modelului, metoda de control, afișajul vizual al modelului. Prin prezenta animație UKM poate fi dinamică și statică. Dinamică conțin piese pentru a afișa obiectele și procesele modelate în static acestea sunt absente animate. Conform metodei de control UCM poate fi controlată, care vă permit să modificați parametrii modelului și negestionată că astfel de oportunități nu oferă.
Printre demonstrație (neamenajate) modele pot fi identificate mai multe grupuri de două posibile interacțiune cu utilizatorul: interactiv și noninteractivă. afișare interactivă permite să schimbe tipul de model sau punctul de observație pe modelul fără a schimba parametrii. Noninteractivă astfel de oportunități nu oferă. [21]
EE Nifantiev, AK Ahlebinin și VN Lihaciov găsi cele mai utile din punct de vedere metodologic, clasificarea obiectului de modelare. Conform nivelului reprezentat de modelul de obiect folosit în predarea chimiei, pot fi împărțite în două grupe: modelul macrocosmos. care reflectă proprietățile externe ale obiectelor simulate și modelele lor de schimbare și microcosmos. care reflectă structura obiectelor și schimbările care apar în ele la nivelul reprezentării lor atomic-molecular. Un model de obiecte, cum ar fi produsele chimice, reacțiile chimice și fizico - chimice ce pot fi create atât la microcosm și macrocosm la nivelul [23].
Clasificarea UKM poate fi reprezentat ca o schemă pentru o mai bună vizibilitate.
1.4.3 Modelele computerizate ale Microworld
Pentru obiectele de modelare in nivelul microcosmosului sunt atomi, ioni, molecule, zăbrele, atomi ai elementelor structurale. La nivel microcosm caracteristici structurale substanță particule de interacțiune simulate agent constând. Pentru a simula reacțiile chimice la nivelul microcosmosului de mare interes sunt mecanismele de procese chimice. In modelele de procese fizice și chimice discută procesele care apar la nivel electronic sau atomic.
Se înțelege că modelele microcosmos MSN simulând sunt asistenți excelente în studiul structurii atomilor, tipul legătură chimică, structura substanței etc. [23].
Modele atomi de 1 - 3 perioade ale tabelului periodic implementate în „1C programului: tutore. Chimia „sub forma modelului Bohr al atomului. reprezentare mai modernă a structurii atomice puse în aplicare în cadrul programului ChemLand, care examinează distribuția de energie a subnivele energetice ale elementelor atomice, iar forma de orbitali individuale la diferite niveluri de energie.
De un interes deosebit este programul HyperChem. Aceasta reprezintă una dintre cele mai importante programe profesionale pentru calculul teoretic al diverșilor parametri termodinamici și electronice ale moleculelor. Cu ajutorul acestuia este posibil de a construi modele tridimensionale ale diferiților compuși pentru a studia caracteristicile structurii lor geometrice, pentru a determina forma si energia orbitalii moleculare, natura distribuției densității de electroni, momentul de dipol, și așa mai departe. D. Toate datele de ieșire sunt furnizate sub formă de desene colorate, care pot fi apoi imprimate pe imprimanta, primind calitatea imaginii compușilor chimici la unghiurile și proiecțiile dorite. Avantajul programului este abilitatea de a lua în considerare molecula din unghiuri diferite, pentru a se familiariza cu specificul structurii sale spațiale. Acest lucru este extrem de important, deoarece, în practică de predare, elevii de obicei, nu formează o imagine a moleculelor ca structuri spațiale. Produse chimice imagine tradițională coplanare duce la pierderea întregii măsurare și nu stimulează dezvoltarea imaginației spațiale [13].
Cursul multimedia „Chimia pentru toți“ este utilizat - molecule stereodemonstrator. Acesta permite de a oferi imagini tridimensionale ale moleculelor care constau din atomi de hidrogen, oxigen, carbon și azot. Pentru a demonstra utilizarea modelelor wireframe de molecule. Modelele pot fi mutate, rotite, afișa imaginea în același timp, o serie de molecule diferite. Programul vă permite să creați noi modele de molecule în mod independent. Total enumerate 25 de modele de molecule organice, dar valoarea didactică a acestor modele nu este mare, astfel cum este prevăzut de modelul compuși relativ simple pe care fiecare elev va fi capabil să colecteze, folosind lut și chibrituri.
Modelele interactive de afișare wireframe utilizate în aplicații ChemLand - 115 molecule, compuși organici, de preferință, și „Produse chimice pentru toți“. Aceste două programe au argumente pro și contra: programul „Chimia pentru toți“ model poate afișa ecranul complet și în programul ChemLand o astfel de funcție nu, cu toate acestea, programul prezintă un număr mare de molecule. Programul ChemLand folosesc modele dinamice care prezintă structura spațială a moleculelor pentru măsurarea unghiurilor de legătură și lungimile legăturilor. care permite urmărirea modificărilor într-o polaritate moleculă triunghiulară, în funcție de tipul de atomi.
Studiind structura moleculelor și cristalelor pot fi utile program, conceput pentru scopuri de cercetare. Acest lucru, de exemplu, programul CS Chem3D Pro, care vă permite să creați, să se schimbe și să afișeze structura tridimensională a diferitelor molecule. De asemenea, program util Crystal Designer, care este destinat pentru vizualizarea structurii tridimensionale a rețelei cristaline. Aceste programe pot fi utile pentru crearea de imagini tridimensionale ale moleculelor și cristalelor și demonstrarea lor în clasă cu ajutorul unui computer.
„Molecula Collect“, deși admite în capacitățile sale de programe menționate mai sus pot fi utilizate în mod eficient la studenții individuale de muncă.
Modele de fizico - chimice și mecanismele puse în aplicare în cadrul programului „Chimia pentru toată lumea.“ Sunt prezentate modelul noninteractivă referitoare la „disociere electrolitica“: disocierea săruri, acizi, baze, săruri de hidroliză. În același program implementăm unele modele mecanisme de reactie organice: bromurarea alcani, esterificare, mecanismul general al reacțiilor de polimerizare, etc. Toate modelele de mecanisme de reacție afișate pe ecran complet noninteractivă sunt solide, dar nu există nici o descriere text a fenomenelor, care limitează foarte mult utilizarea programului.
Versiunea interactivă online a manualului pentru școlile secundare în chimia organică pentru X - clasele XI editat de G. I. Deryabinoy, AV Solovova a prezentat mecanisme de schimb și donor-acceptor de formare a unei homolitică legături covalente și mecanisme de heterolitice clivaj legătură covalentă pe exemplul separării atom de hidrogen din metan proces molecule sp - hibridizare. De mare interes sunt interactive model tridimensional de afișare a moleculelor organice și a mecanismelor de reacție chimică: clorurarea metanului și mecanismul general de substituție nucleofilă. Este foarte important ca atunci când se lucrează cu modele, puteți schimba poziția lor în spațiu, iar mecanismul de reacție - schimba poziția punctului de observație.
Un alt program care demonstrează mecanismele de reacții chimice, programul Organic Animatii de reacție. Acesta cuprinde un mecanism de 34 de reacții organice. Mai mult decât atât, fiecare mecanism este prezentat sub formă de patru variante de modele moleculare: sharosterzhnevoy, volum, și două variante ale modelelor orbitale pale. O opțiune de modele blade orbitală demonstrează schimbarea în reacția orbitali externe ale substratului, iar celălalt - reactiv. Acest lucru facilitează observarea modificărilor orbitalii externe ale reactanților în reacție. utiliza materialul teoretic poate, dacă este necesar, [13] [23].