MultiVision 4.5 на уроках химии

Возможности пакета MultiVision v.4.5. на уроках химии.

Все более широкое использование компьютерных средств обучения в школе способствует развитию целой индустрии программно-педагогических средств (ППС): обучающих, контролирующих, познавательных и демонстрационных программ по различным предметам школьного курса [1,2]. Актуальность проблемы по использованию компьютеров в образовании [1], заставляет искать пути ее разрешения. Как показал анализ уровня и практики использования ППС на уроках химии, проведенный кафедрой химии МПУ в некоторых школах Москвы и Московской области, учителя химии без энтузиазма относятся к возможности включения существующих ППС в учебный процесс. Это связано не столько с отсутствием знаний по основам информатики и вычислительной техники (ОИВТ), сколько с тем, что при всем разнообразии предложений ППС по химии [3], не учитывается индивидуальность подхода конкретного учителя при построении курса, а также уровень требований, предъявляемых к реальному контингенту учащихся. При компьютеризации предметного обучения следует предоставить учителю более активную роль при формировании демонстрационного материала, сопровождающего урок, при подборе заданий для обучающих и контролирующих программ, при вовлечении учащихся, прошедших курс основ ОИВТ, в процесс подготовки ППС.

Очевидно, что при изучении химии в школе применение информационных технологий позволит сделать уроки более интересными и зрелищными, что очень важно для общеобразовательного курса.

Применение разработанного пакета программ MultiVision (MV) [4,5] при изучении химии будет способствовать развитию интереса учащихся к этому предмету, позволит сделать уроки более интересными, доступными, насыщенными и зрелищными.

Как показали проведенные исследования, использование некоторых инструментальных средств позволит учителю, не владеющему объективным программированием, разрабатывать свои авторские учебные ППС. Рассмотрим возможности пакета MV на примере подготовки учителем демонстрационного материала по теме “Кинетика химических реакций”.

Пакет MV позволяет пользователю с помощью “мыши” шаг за шагом воплощать свои замыслы: мультфильмы, для создания которых не требуется профессиональных навыков; картинки, нарисованные или считанные с помощью сканера; текст с разнообразным шрифтовым оформлением; звук, воспроизводимый с высоким качеством. Применяя обучающие программы, можно не только дополнить традиционный демонстрационный эксперимент, но также проиллюстрировать то, что невозможно другими средствами в силу различных обстоятельств (необходимость использовать взрывчатые или ядовитые вещества, уникальные или дорогостоящие реактивы, показать механизм протекания быстрых (доли секунды) или медленных (минуты, часы, годы) процессов и др.). При этом, наряду с качественной демонстрацией той или иной химической реакции, одновременно, для облегчения и углубления ее понимания, представляется возможность дать количественный анализ процесса и механизм его протекания.

Прежде, чем приступить к краткому описанию шагов (этапов) работы по созданию конкретной программы, необходимо изложить основные моменты подготовки сценария в среде MultiVision. Последовательность выполняемых операций можно проиллюстрировать следующей схемой:

Среда MV состоит из головного модуля (Designer), в котором оформляется фон кадра и моделируется последовательность изменений в кадре путем подключения в сценарий следующих объектов: текст, картинка (или серия картинок), графики, моменты звукового сопровождения, анимационные объекты (мультфильмы). Смена событий на экране монитора может происходить путем ручного управления “мышкой” через активные зоны, выбранные в кадре, или путем временной синхронизации. Головной модуль позволяет, при необходимости, вернуться к любому предшествующему состоянию. Мощность пакета и удобство его использования неподготовленными с точки зрения информатики пользователями определяется тем, что из головного модуля можно попасть через системное меню в следующие модули:

- Animator позволяет создавать и редактировать мультфильмы (файлы в формате ANM);

- Deformer является частью модуля Animator и предназначен для нелинейных деформаций ключевых кадров мультфильма;

- Imager позволяет создавать и редактировать библиотеки картинок и мультфильмов (файлы в формате LBR и ANL соответственно);

- Microscope позволяет создавать и редактировать картинки и цветные курсоры (файлы в формате CUT и CRS соответственно);

- Painter позволяет создавать и редактировать фоны и картинки (файлы в формате PCI и CUT соответственно). Вы можете импортировать файлы в форматах PIC, PCX, GIF, BMP, а также сохранять изображения в BMP или PCX-файлы;

- PhotoMaster позволяет создавать и редактировать сканированные файлы в формате TIFF. Вы можете экспортировать TIFF-файл в PCI-файл;

- Writer позволяет создавать и редактировать текстовую информацию. Вы можете импортировать документы, подготовленные в MS Word for DOS, MS Word for Windows, WordPerfect и ASCII-файлы.

Любой объект, подготовленный в выше рассмотренных модулях, может быть перенесен в головной модуль - Designer.

Рассмотрим фрагмент программы по “Кинетике химических реакций” на примере какой-нибудь реакции, в результате которой из бесцветных исходных веществ, после их сливания, образуется окрашенный продукт. При этом о скорости реакции можно судить не только качественно по изменению окраски раствора, но и количественно с помощью одновременного построения на экране монитора графиков зависимости концентрации (С) продукта реакции и скорости (v) реакции от времени (t)

Приведенный на рис.2 вариант разработанной ППС может явиться прекрасным дополнением к аналогичному реальному эксперименту, сделав его более наглядным и насыщенным. Для его создания воспользуемся следующими встроенными модулями пакета МV:

- картинки и графики можно создать (нарисовать) в модуле Painter или импортировать из других графических редакторов (формат которых приведен выше);

- надписи и текстовая информация создаются в модуле Writer или других текстовых редакторах;

- в модуле Animator создаются анимационные объекты (мультфильм), т.е. эффект сливания жидкостей, окрашивание раствора, построение графиков.

Как известно, скорость химических реакций зависит от целого ряда факторов - природы реагирующих веществ, их агрегатного состояния, степени измельчения или величины площади соприкосновения, концентрации и др. Если при этом не представляется возможным продемонстрировать учащимся традиционный демонстрационный эксперимент, то целесообразно воспользоваться современными информационными технологиями.

Рассмотрим следующие реакции:

5C₂O₄^2- + 2MnO₄^- + 16H⁺  10CO_2 + 2Mn²⁺ + 8H₂O

медленная реакция

5Fe²⁺ + MnO₄^- + 8H⁺  5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O

очень быстрая реакция

Ионы Fe²⁺ и С₂О₄^2- обладают способностью обесцвечивать водный раствор, содержащий перманганат-ион, при комнатной температуре. Поскольку приведенные реакции протекают с различными скоростями, то и время обесцвечивания результирующего раствора неодинаково. Это легко показать с помощью обычного традиционного демонстрационного эксперимента, но при этом остается открытым вопрос: “Почему скорости этих реакций различны?”. Для ответа на этот вопрос рассмотренные реакции целесообразно показать на экране монитора (как в случае рис.2.), где параллельно с обесцвечиванием раствора продемонстрировать механизм процесса, т.е. воспользовавшись пакетом MV показать, как образование и разрыв связей в молекулах при протекании реакции сказываются на ее скорости. В связи с этим необходимо повторить все те шаги (этапы) работы, которые приведены на схеме рис.1, а при создании картинок, текстовой информации и самого мульфильма воспользоваться теми же модулями, которые описаны при формировании мультфильма, фрагмент которого представлен на рис.2. Для того, чтобы на экране монитора показать, что реакции протекают с различными скоростями необходимо при создании мультфильма в модуле Animator установить разное время обесцвечивания растворов для каждой реакции. Конечно, при написании данной статьи мы не ставим перед собой задачу научить пользоваться данным программным продуктом (это можно найти в руководстве по его применению), а лишь хотим показать возможность использования его при изучении химии.

Реакции, сопровождающиеся взрывом, практически невозможно продемонстрировать в школе, но здесь к нам на помощь опять приходит пакет MultiVision. Он позволяет не только самим создавать мультфильмы, но и дает возможность монтировать видеофильмы из различных кадров или фрагментов видеосъемок (используется модуль Animator).

Например, можно продемонстрировать кадры взрывов на мукомольной фабрике или в шахте. Для этого можно воспользоваться картинками из библиотеки данных пакета MV или создать свою, просканировав их при помощи модуля PhotoMaster со слайдов, фотографий. Из полученных картинок в модуле Animator непосредственно создается мультфильм. Использование информационных технологий (пакет MV) дает возможность не только визуально показать такой взрыв, но и продемонстрировать процентное соотношение воздуха и пыли (или газа) на единицу объема, приводящее к взрыву (рис.3.), т.е. показать при каких условиях вероятность взрыва максимальна.

Созданный учебный пакет программ предусматривает также возможность проверки качества усвоения изученного материала и, в случае необходимости, его повторения (рис.4.):

Для проверки изученного материала на экране монитора высвечивается кадр (картинка), где представлен вопрос и варианты предлагаемых ответов, подготовленные в модуле Writer. Варианты ответов обведены в специальные прямоугольники (или любые другие геометрические фигуры), которые при составлении сценария были обозначены (заявлены) активными областями экрана. Поэтому при ответе на поставленный вопрос ученику будет достаточно подвести курсор “мышки” к прямоугольнику с правильным ответом и щелкнуть левой клавишей мышки. Если ответ “верен”, то машина выводит соответствующий комментарий, созданный в модуле Writer, и переходит к следующему этапу в соответствии с написанным сценарием, в противном случае она дает возможность повторить слабо усвоенный раздел и исправить допущенную ошибку.

Следует отметить, что результатом использования MV является не простой набор файлов, а единая программа в исполняемом (*.exe) формате, которая работает под DOS или MS WINDOWS. Такая программа может переноситься на любой другой компьютер и распространяться без всяких ограничений.

Применение современных информационных технологий в обучении существенно дополняет традиционные взгляды на методику преподавания химии, структуру и организацию учебной деятельности, делает изучение предмета более интересным, содержательным, зрелищным, что очень важно для методики преподавания естественных дисциплин в школе, а также освобождает преподавателя от рутинной работы многократного повторения пройденного материала со слабо успевающими учениками.