VÝUKA CHEMIE A INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE

Univerzita Hradec Králové University of Hradec Králové VÝUKA CHEMIE A INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE CHEMISTRY EDUCATION AND INFORMATION TECHNOLOGY XVIII. Sborník přednášek 18. Mezinárodní konference o výuce chemie Proceedings of the 18 th International Conference on Chemistry Education GAUDEAMUS 2011

Univerzita Hradec Králové University of Hradec Králové VÝUKA CHEMIE A INFORMAČNÍ TECHNOLOGIE CHEMISTRY EDUCATION AND INFORMATION TECHNOLOGY XVIII. Sborník přednášek 18. Mezinárodní konference o výuce chemie Proceedings of the 18 th International Conference on Chemistry Education Hradec Králové, 23.9.2008 1

Editovali/Editors: Mgr. Jan VEŘMIŘOVSKÝ Recenzovali/Reviewers: PaedDr. Karel MYŃKA,Ph.D. PaedDr. Ivan HOLÝ, CSc. Publikace neprońla jazykovou úpravou jako 1052. publikace nakladatelství Gaudeamus Za obsahovou správnost odpovídají autoři příspěvků. Proceedings are published without language correction. Content is on the responsibility of authors of the separate articles. ISBN 978-80-7435-111-2 2

Seznam autorů: 1. Baprowska, Anna, mgr., UP Kraków, PL 2. Bieniek, Piotr, dr. inņ., UP Kraków, PL 3. Bílek, Martin, prof. PhDr., PhD., UHK Hradec Králové, CZ 4. Cupáková - Ńimrová, Blanka, Mgr., Gy Zlín, CZ 5. Exnar, Petr, doc. Ing. CSc., TUL Liberec, CZ 6. Gmoch, Ryszard, prof. dr. hab., UO Opole, PL 7. Grégr, Jan., Ing., TUL Liberec, CZ 8. Gulińska, Hanna, prof. dr. hab., UAM Poznań, PL 9. Halbych, Josef, RNDr. CSc., UK Praha, CZ 10. Hyńplerová, Lidmila, Ing., CSc., UHK Hradec Králové, CZ 11. Chupáč, Aleń, Mgr., ZŃ Ńenov, CZ 12. Jodas, Bořivoj, PhDr. PhD., TUL Liberec, CZ 13. Jyņ-Kuroń, Danuta, mgr., UP Kraków, PL 14. Klečková, Marta, doc. RNDr. CSc., UP Olomouc, CZ 15. Kolář, Karel, prof. Ing. CSc., UHK Hradec Králové, CZ 16. Marńálková, Miroslava, Ing., TUL Liberec, CZ 17. Musiol, Adam, dr., PWSZ Racibórz, PL 18. Musiol, Sabina, mgr., PWSZ Racibórz, PL 19. Nápravník, Vladimír, Mgr. PhD., ZčU Plzeň, CZ 20. Nodzyńska, Małgorzata, dr., UP Kraków, Pl 21. Paśko, Jan, Rajmund, prof. dr. hab., UP Kraków, PL 22. Rohál, Andrej, Ing. PhD., VPŃSPŃ Holeńov, CZ 23. Schejbalová, Hana, doc. Ing. CSc., TUL Liberec, CZ 24. Slavík, Martin, Mgr. PhD., TUL Liberec, CZ 25. Solárová, Marie, doc. RNDr. PhD., OU Ostrava, CZ 26. Ńulcová, Renata, RNDr. PhD., UK Praha, CZ 27. Teplá, Milada, RNDr. PhD., UK Praha, CZ 28. Trnková, Lucie, Ing., UHK Hradec Králové, CZ 29. Vasileská, Marie, RNDr. CSc., CERMAT Praha, CZ 30. Vańíčková, Martina, Mgr., UP Olomouc, CZ 31. Veřmiřovská, Martina, Mgr., ZŃ Ńilheřovice, CZ 32. Veřmiřovský, Jan, Mgr., Matiční Gy Ostrava, CZ 33. Wasielewski, Marek, prof. dr. hab. inņ., UO Opole, PL 3

OBSAH/CONTENT ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРИЗАЦИИ МЕТОДИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ... 6 Ришард Гмох6 Korzyści i zagrożenia płynące ze strony komputera i Internetu... 12 Adam Musioł Modele we wprowadzaniu zagadnień dotyczących budowy materii... 17 Piotr Bieniek, Hanna Gulińska Aplikace molekulárních modelů ve výuce vybraných tématických celků chemie... 23 Blanka Šimrová Modely struktury a vlastností polymerů... 25 Jan Grégr, Hana Schejbalová, Miroslava Maršálková Modely molekulárních orbitů... 30 Jan Grégr, Hana Schejbalová Modely modifikací uhlíku... 33 Jan Grégr, Martin Slavík, Bořivoj Jodas, Petr Exnar Vizualizace vnitřní struktury krystalů... 38 Jan Grégr, Martin Slavík Modelová zobecnění k tématům učiva z organické chemie... 44 Josef Halbych Program badający wyobrażenia o budowie substancji chemicznych... 52 Danuta Jyż-Kuroś, Jan Rajmund Paśko Wyobrażenie o kuli jako modelu atomu u uczniów w gimnazjum.... 57 Jan Rajmund Paśko, Anna Baprowska Struktura materii na rysunkach w podręcznikach szkolmnych na przestrzeni 100 lat... 63 Jan Rajmund Paśko Modelování biochemických pochodů pomocí prezentací... 73 Milada Teplá, Renata Šulcová Výuka chemických dějů na Základní ńkole s podporou ICT... 80 Aleš Chupáč, Danuta Jyż-Kuroś K efektivitě multimediálních prezentací učiva ve výuce kurzu Přeprava nebezpečných látek (dohoda ADR)... 86 Andrej Rohál, Martin Bílek Elektronická studijní podpora laboratorních cvičení z analytické chemie... 93 Lucie Trnková, Lidmila Hyšplerová, Karel Kolář Konkrétní náměty na vyuņití informačně komunikačních technologií v chemii. 97 Martina Vašíčková, Marta Klečková ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ КОМПЬЮТЕРОВ В КУРСЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ... 102 Марек Васелевски LMS systém on-line vzdělávání na Západočeské univerzitě v Plzni z pohledu uņivatele... 108 Vladimír Nápravník 4

Projekt EQUAL versus diagnostika Kompetence pro práci s informacemi... 113 Jan Veřmiřovský, Marie Solárová, Martina Veřmiřovská ТЕСТИРОВАНИЕ СТУДЕНТОВ КАК СРЕДСТВО ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ И УМЕНИЙ B BYЗЕ... 118 Ришард Гмох Zadania problemowe próba definicji pojęcia... 123 Małgorzata Nodzyńska, Jan Rajmund Paśko Wpływ stylu sprawdzania wiadomości uczniów na ich osiągnięcia... 129 Małgorzata Nodzyńska Přírodovědné předměty a upravený model reformní maturity v ČR... 133 Marie Vasileská ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ В ВУЗЕ... 138 Марек Васелевски 5

PROGRAM BADAJĄCY WYOBRAŻENIA O BUDOWIE SUBSTANCJI CHEMICZNYCH Danuta Jyż-Kuroś, Jan Rajmund Paśko Rysowanie wzorów strukturalnych substancji chemicznych powinno uczniom przybliżyć wyobrażenie o strukturze materii. Wzory strukturalne można uważać za najprostszy a zarazem w dużym przybliżeniu model substancji chemicznej na poziomie mikro. [1] Pozwalają one na logiczne skonstruowanie wzoru sumarycznego danego związku chemicznego. [2] Powszechnie w rysowaniu wzorów strukturalnych nie wyróżnia się struktur jonowych uważając, że są one zbyt trudne do zrozumienia przez ucznia. Okazuje się, że do konstruowania modeli poprawnych struktur jonowych nie jest potrzebna wiedza chemiczna. Natomiast są potrzebne odpowiednie modele. [3] Dzięki takim modelom konstrukcje jonowe mogą tworzyć w miarę poprawnie już uczniowie w nauczaniu początkowym. [4] Natomiast w edukacji chemicznej część uczniów ma problemy z poprawnym skonstruowaniem modeli struktury materii na poziomie mikroświata. Przyczyny tych trudności nie są w pełni zbadane gdyż nie jesteśmy w sposób bezingerencyjny śledzić tik tworzenia takiego wzoru przez ucznia. W celu zbadania niektórych składowych tych przyczyn potrzebne jest odpowiednie narzędzie, które będzie monitorowało pracę ucznia i w pewnym sensie notowało jego sposób rozumowania. Narzędziem taki jest program ucząco-sprawdzający, który monitoruje tok rozwiązywania danego problemu. [5] W celu rozwiązania zadania uczeń musi wykonać odpowiednio dużą liczbę operacji. Zakładając, że w celu rozwiązania danego zadania uczeń musi wykonać kilkanaście operacji jednostkowych to okazuje się, że trudności u poszczególnych uczniów występują na różnym etapie rozwiązywania tego zadania. [6] Jednak wystarczy tylko nieumiejętność wykonania jednej z operacji, aby cały zadanie było źle rozwiązane. Natomiast wystarczy czasami tylko jedna podpowiedź w odpowiednim momencie a uczeń uzyska pozytywny efekt rozwiązywania zadania. Nauczający jednak nie jest sam przewidzieć, który uczeń, w którym miejscu rozwiązywania zadania będzie miał problem. W większości przypadków uczeń nie zdaje sobie sprawy z robionego błędu, bo gdyby o tym wiedział to tego błędu by nie uczynił. Odpowiednio skonstruowany program jest w stanie śledzić pracę ucznia i diagnozować uczyniony przez niego błąd. W przypadku stwierdzenia błędu w danym momencie program zwraca na to uwagę i uczeń może sam skorygować błąd lub poprosić o podpowiedź. Podpowiedź dotyczy tylko operacji jednostkowej a podania całego toku rozwiązania. Podpowiedź tylko naprowadza na wykonanie poprawnego kroku. Natomiast, gdy to nie pomaga podpowiada jak dany krok wykonać. 52

Postanowiono zbadać, na jakie trudności napotyka uczeń, gdy konstruuje wzory struktury substancji chemicznej. W tym celu skonstruowano odpowiedni program. Program ten składa się z trzech modułów. 1. Moduł wprowadzający. Moduł ten jest pisemną instrukcją zasad konstrukcji wzorów strukturalnych. Znajdują się w nim podstawowe informacje dotyczące struktury materii. Zwraca się uwagę na dwa rodzaje struktur substancji chemicznej, czyli na strukturę jonową i cząsteczkową oraz na konsekwencje istnienia tych dwóch struktur. W module tym podana jest rola wzorów strukturalnych w zrozumieniu chemii oraz zwrócona jest uwaga jakie są zależności pomiędzy wzorami strukturalnymi a wzorami sumarycznymi. 2. Moduł zawierający zadania do rozwiązania. Zadania będą podzielone na kilka grup. Każdy z tych grup zadań jest przeznaczona dla inne grupy uczniów. Grupa pierwsza jest przeznaczona dla uczniów, którzy po raz pierwszy zetknęli się z problemem konstruowania wzorów strukturalnych substancji chemicznej. Czyli są to zadania przeznaczone dla uczniów szkoły podstawowej i uczniów pierwszej klasy gimnazjum na początku ich edukacji chemicznej. Druga grupa zadań przeznaczona jest dla uczniów, którzy już posiadają pewną wiedzę na temat struktury substancji chemicznej. Natomiast trzecią grupę będą stanowiły zadania określane jako trudne. Przykładowa treść zadania z pierwszej grupy Wiedząc, że cząsteczka wody zbudowana jest z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu wykorzystując umieszczone na ekranie po prawej stronie elementy pokaż jak według Ciebie wygląda ta cząsteczka. Przykładowe zadanie w drugiej grupie ma treść Z elementów znajdujących się po prawej stronie ekranu skonstruuj wzór strukturalny tlenku siarki(vi) 3. Trzecim modułem jest odpowiednio skonstruowany układ okresowy pierwiastków chemicznych. Układ okresowy jest dostępny cały czas pracy z programem i może być wywołany i zamknięty w dowolnym momencie rozwiązywania zadania. Po wybraniu przez ucznia odpowiedniej grupy zadań program losuje z niej zadanie. W czasie jednej sesji program nie losuje dwa razy tego samego zadania. W każdej grupie jest około 50 zadań. Zadania te zostały tak dobrane, aby reprezentowały wszystkie możliwości wartościowości w cząsteczkach tlenków, oraz ładunki jonów. Dla każdej wartościowości oraz ładunku jonu jest przyporządkowanych kilka zadań, w których występują symbole różnych pierwiastków. Np. zadania, w których należy wykonać wzór strukturalny substancji jonowej, w której ładunek jonu wynosi 3+ mogą być umieszczone zadania: skonstruuj wzór strukturalny: tlenku żelaza(iii), tlenku chromu(iii), tlenku glinu. Natomiast w przypadku substancji o strukturze cząsteczkowej gdy wartościowość atomu danego pierwiastka wynosi IV mogą być umieszczone zadania: Skonstruuj wzory strukturalne: tlenku węgla(iv), tlenku siarki(iv), tlenku selenu(iv). Po wybraniu odpowiedniej grupy zadań program losuje zadania i wyświetla jego 53

treść w oknie, którego schemat przedstawiony jest poniżej. Okno to składa się z czterech pól. W pierwszym wpisana jest treść zadania, którą uczeń widzi przez cały czas rozwiązywania tego. W drugim oknie umieszczona jest instrukcja jak konstruować wzór strukturalny. W trzecim oknie umieszczone są elementy, z których uczeń będzie konstruował odpowiedni wzór. Czwarte okno stanowi pole edycji czyli obszar w którym uczeń konstruuje dany wzór strukturalny. TREŚĆ ZADANIA DLA UCZNIA INSTRUKCJA PRZENOSZENIA ELEMENTÓW ELEMENTY SŁUŻĄCE DO ZBUDOWANIA WZORU POLE EDYCJI WZORU Tworzenie wzorów jest bardzo łatwe, gdyś opiera się na ogólnej zasadzie. Zaznacz i trzymając przeciągnij i w odpowiednim momencie puść. Dlatego instrukcja się ogranicza do krótkiego tekstu: Przy pomocy myszki naprowadź kursor na odpowiedni element a następnie trzymając lewy klawisz myszy przeciągnij go do prawego okna i puść przycisk w tym miejscu gdzie powinien pozostać wybrany przez Ciebie element. W ten sam sposób możesz dokonywać poprawek chcąc zmienić położenie danego elementu. Możesz go też w ten sam sposób wyprowadzić z okna edycji. 54

+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+ - 2-3- 4-5- 6-7- 8- Powyżej przedstawiono elementy, z których uczeń może zbudować wzory strukturalne. Elementami tymi są koła wypełnione lub koła z rozmytą granicą. Do powiązania modeli atomów umieszczono łączniki ułożone pod różnymi kątami i o różnej grubości. Oprócz elementów graficznych w tym samym polu umieszczone są liczby obrazujące ładunek danego jonu. Podsumowanie: Dzięki tak skonstruowanemu programowi uczeń może sam uczyć się konstruowania wzorów strukturalnych a program pełni rolę wnikliwego korepetytora. Z drugiej strony jest to narządzie badawcze pozwalające śledzić tok postępowania ucznia przy konstruowaniu wzorów strukturalnych. Umożliwia stwierdzenie, jakie podpowiedzi są uczniowi potrzebne. Czy wystarczy tylko zwrócić uwagę na popełniony błąd czy też trzeba go naprowadzić lub podpowiedzieć jak ten krok wykonać. Równocześnie pozwala on zarejestrować jak uczeń pracuje z tym programem. Ile i jakich faktycznie rozwiązał zadań. Ile czasu faktycznie pracował z programem. W jakich godzinach z niego korzystał. 55

I jaki był jego faktyczny czas jego pracy (po odliczeniu przerw na inne zajęcia). Literatura: 1. J.R. Paśko: "Modele struktury substancji w procesie nauczania chemii" Profil učitele chemie, Gaudeamus, Hradec Králowé 2002. 2. M. Nodzyńska, J.R. Paśko, Wzory sumaryczne a wzory strukturalne w procesie kształcenia chemicznego, Sborník Prací Pedagogické fakulty Masarykovy Univerzity v Brně Řada PřírodníchVěd, Masarykova Univerzita, Brno 2004. 3. I. Paśko, J.R. Paśko, Badanie możliwości wykorzystania modeli kółkowych w konstruowaniu struktur jonowych przez uczniów III klas szkoły podstawowej, Aktuálni otázky výuky chemie, t XV, Gaudeamus, Hradec Králowé 2005 4. M. Bilek, P. Cieśla, J. Kmeťová, M. Marek, M. Nodzyńska, I. Paśko, J.R. Paśko, M. Ulrichová, D. Vačulciková, Badania umiejętności tworzenia modeli strukturalnych substancji o budowie jonowej, Badania w dydaktyce przedmiotów przyrodniczych Jaxa, Kraków 2006. 5. J.R. Paśko, D. Jyż. Interaktywny program do nauki pisania równań reakcji chemicznych : 17. Pracownia Technologii Nauczania AP, Kraków 2007 6. J.R. Paśko, Badanie trudności w rozwiązywaniu prostych problemów chemicznych przez uczniów na początkowym etapie edukacji chemicznej, Acta Facultatis Paedagogicae Universitatis Tyrnaviensis, Séria D, Vedy o výchove a vzdelávaní, Suplementum 1, Trnava 2005. Kontakt: Mgr. Danuta Jyż-Kuroś, Zakład Dydaktyki Chemii, Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie, Podchorążych 2 Kraków małopolskie Polska 30-084, e-mail: danka320@op.pl Prof. dr.hab. Jan Rajmund Paśko, Zakład Dydaktyki Chemii, Uniwersytet Pedagogiczny im. Komisji Edukacji Narodowej w Krakowie, Podchorążych 2 Kraków małopolskie Polska 30-084, e-mail: janpasko@ap.krakow.pl 56