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
STRUKTURA MATERII NA RYSUNKACH W PODRĘCZNIKACH SZKOLMNYCH NA PRZESTRZENI 100 LAT Jan Rajmund Paśko Początek XX wieku to okres, w którym naukowcy rozszyfrowują strukturę materii. Zebrane dotychczas wyniki różnych doświadczeń i obserwacji stwarzają model struktury materii coraz to bardziej doskonały i jak się wówczas wydawało w pełni odzwierciedlający faktyczną jej strukturę. Przedstawienie struktury materii ograniczało się wówczas do struktury związków chemicznych a dokładnej cząsteczek różnych substancji oraz do próby wyjaśnienia budowy atomu. O istnieniu elektronów na początku wieku XX można było się dowiedzieć z książek popularyzujących chemię a wydanych już w 1904 r. Książka ta ukazała się w serii Biblioteka samokształcenia [1] W podręcznikach szkolnych do chemii króluje słowny opis właściwości substancji chemicznych i przemian chemicznych. Omawia się klasyczne prawo stałości składu i prawo zachowania masy. Natomiast pedagodzy w sformułowanych zasadach nauczania podają między innymi: Nauka powinny być należycie uzmysłowiona i oparta na poglądzie. Gdy bezpośrednia obserwacja jest zgoła niemożliwa, natenczas uzmysłowi nauczyciel naukę przynajmniej ryciną, modelem, rysunkiem odręcznym. [2] A jednak pomimo tego w podręcznikach szkolnych do chemii znajdujemy tylko informację: Tak samo jak drobina tlenku rtęciowego i drobiny wszystkich związków chemicznych, z których to ciało się składa. Takie części pierwiastków nazywamy niedziółkami albo atomami (атоми) [3] Atom jest to najmniejsza cząstka pierwiastka, wchodząca w skład drobiny. W połowie lat 20-tych XX w. w książce Chemia szkolna [4] znajdujemy stwierdzenie: Nazwa atom nie jest już więcej odpowiednią, gdyż jest to twór złożony z jądra będącego skupieniem dodatnich atomów elektryczności dookoła krążą elektrony ujemne, których liczba odpowiada ilości ładunków dodatnich w jądrze danego pierwiastka. Natomiast graficznie przedstawione są schematy cząsteczek różnych związków chemicznych nie uwzględniające jednak różnicy w wielkościach atomów 63
W połowie lat 30-tych XX w. w książce Chemia dla III klasy gimnazjów [5] znajdujemy Tylko rysunek obrazujący utworzoną z atomów tlenu i wodoru cząsteczkę wody. Na rysunku wprawdzie z trudem, ale można się dopatrzeć, że atomy wodoru są minimalnie mniejsze od atomów tlenu W latach 40-tych XX w. w podręcznikach do II klasy gimnazjum jedni autorzy ograniczają się tylko do stwierdzenia istnienie atomów i cząsteczek uważamy za nie ulegające wątpliwości. [6] Natomiast inni przedstawiają modele atomu przedstawiając tory poruszania się elektronów [7] W latach 50-tych XX wieku w podręcznikach szkolnych do szkoły podstawowej atomy przedstawiane są jako kulki jednak zaznacza się różnicę w wielkościach atomów różnych pierwiastków. [8] 64
Natomiast w podręcznikach szkolnych do liceum ogólnokształcącego Autorzy graficznie przedstawiają budowę atomu wodoru. [9] Natomiast model atomu helu przedstawiają w następujący sposób W latach 60-tych XX w. W podręcznikach do szkoły podstawowej modela atomów przedstawione są jako okręgi wypełnione w różny sposób. Jednak wszystkie okręgi mają taką samą średnicę. [10] Natomiast w podręcznikach do liceum ogólnokształcącego graficznie przedstawiono modele atomów II okresu jako jądro otoczone okręgami, na których zaznaczono elektrony. Jednak nie uwzględniono na rysunku faktu różnej średnicy poszczególnych atomów. [11] 65
W latach 80-tych XX w. w podręczniku do szkoły podstawowej zostaje zamieszczony rysunek obrazujący model atomu wodoru i powstałej cząsteczki wodoru z połączenia się dwóch atomów wodoru. [12] elektrony para elektronów W podręczniku do liceum ogólnokształcące zamieszczono fragment układu okresowego pierwiastków z narysowanymi modelami atomów. [13] 66
W latach 90-tych XX w. do użytku szkolnego zostają dopuszczone podręczniki różnych autorów W jednym z podręczników modele atomów przedstawione są w postaci różnej wielkości kolorowych kulek. Natomiast strukturę atomu przedstawia model w którym uwzględniono protony i neutrony. Natomiast wokół jądra roztacza się chmura w której zaznaczono jak rodzynki w cieście elektrony. [14] Niektórzy autorzy w modelu atomu wyodrębniali jądro składające się z protonów i neutronów natomiast wokół jądra zaznaczali wykreskowane obszary, w których miały poruszać się elektrony. Aby przedstawić ruch elektronów za okręgiem obrazującym elektron umieszczony był jakby ogon komety. [15] 67
Inni autorzy przedstawiają model atomu jako szare koło, w którym umieszczono koło białe koło szare ilustruje obszar z elektronami natomiast koło białe przedstawia jądro w atomie. Odpowiednie liczby ze znakami zaznaczają ładunek elektryczny jądra atomowego chmury elektronowej. [16] Z reprodukowanych powyżej rysunków, że autorzy różnie podchodzili do graficznego przybliżenia modelu atomu. Natomiast w jednym z podręczników do liceum znajdujemy trzy rysunki, które obrazują model atomu wodoru oraz obszary orbitalne elektronów drugiej powłoki i rejony ekstremalnego znalezienia elektronów kolejnych powłok. [17] 68
W pierwszych latach XXI wieku w wyniku reformy szkolnictwa w Polsce nauczanie elementów chemii zaczyna się już w 6-letniej szkole podstawowej w ramach przedmiotu Przyroda Poniższy rysunek przedstawia modele atomów i cząsteczek zamieszczone w jednym z podręczników do przyrody. [18] W podręcznikach do gimnazjum autorzy w różny sposób przedstawiają modele cząsteczek i atomów. Jedni modele atomów przedstawiają jako kolorowe kulki różnej wielkości. Natomiast cząsteczki jako połączone ze sobą kulki. [19] 69
W innym podręczniku atom przedstawiony jako jądro zbudowane z protonów i neutronów oraz z chmury elektronowej, której największa gęstość znajduje się w pewnym oddaleniu od jądra. Rysunek sugeruje, że gęstość elektronów maleje w miarę zbliżania się do jądra atomu. [20] W kolejnym podręczniku model atomu przestawiony jest jako jądro lub jądro składające się z protonów i neutronów otoczone chmurą elektronową. [21] 70
Poniższy rysunek przedstawia model atomu berylu w jednym z podręczników do gimnazjum. Model atomu jest przedstawiony przez dwa rysunki, które w zasadzie nie różnią się między sobą tym, że jeden przedstawia model atomu w formie płaskiej. Natomiast drugi rysunek usiłuje wprowadzić wyobrażenia przestrzenne. [22] Podsumowanie: W podręcznikach szkolnych na przestrzeni 100 lat model atomu przeszedł olbrzymią przemianą od opisu słownego poprzez kulkę aż do bardzo udziwnionych modeli wynikających z chęci pogodzenia Bohrowskiego modelu budowy atomu z założeniami kwantowej teorii budowy atomu Wnioski: W świetle powyższych rysunków obrazujących modele atomów i cząsteczek wydaje się koniecznym opracowanie uniwersalnego modelu atomu w oparciu o kwantowy model budowy atomu. Dlatego dydaktycy powinni opracować jeden model budowy atomu taki, aby na kolejnych etapach kształcenia przechodził uściślenia dochodząc do coraz bardziej zbliżonego do współczesnego wyobrażenia o budowie atomu. Aby na kolejnych etapach edukacji nie było konieczności zamieniania jednego modelu innym modelem. Literatura 1. Bruner L. Pojęcia i teorje chemii Warszawa, Biblioteka Samokształcenia 1904 r. 2. Baranowski M. Dydaktyka uzupełniona zasadami logiki Warszawa-Kraków-Lublin- Łódź-Paryż-Poznań-Wilno-Zakopane, Gebethner i Wolff, 1926 r. 3. Alberti S. Chemia dla seminajów nauczycielskich Lwów, PWKSz, 1921 r. 4. Duchowicz B Chemia szkolna część pierwsza chemia nieorganiczna Lwów, K.S. Jakubowski, 1925 r. 71
5. Szeller Z. Chemia dla III klasy gimnazjów Lwów, K.S. Jakubowski, 1935 r. 6. Turkiewicz E. Świat Chemii Podręcznik chemii dla II kl. Gimnazjum ogólnokształcącego Warszawa, PZWS, 1948 r. 7. Duchowicz B. Wiadomości z Chemii dla II klasy gimnazjów Warszawa, PZWS, 1948 r. 8. Bogucki A. Chemia dla klasy VII Warszawa PZWS, 1957 r. 9. Firewiczowa J. Chemia dla klasy IX Warszawa, PZWS, 1959 r. 10. Grodecka H., Winnicka B. Chemia dla klasy VII Warszawa, PZWS, 1969 r. 11. Rogowski A. Chemia dla klasy II Liceum Ogólnokształcącego Warszawa, PZWS, 1969 12. Bogdańska- Zarembina A., Dziadkowski, M. Soczewka J. Chemia Podręcznik dla klasy VII szkoły podstawowej Warszawa, WSiP, 1985 r. 13. Drapała T. Podstawy chemii Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego o profilu biologiczno-chemicznym Warszawa, WSiP, 1987 r. 14. Janiuk R., K. Skrok K. Chemia 7 i my Warszawa, WSiP, 1994 r. 15. Kluz Z. Łopata K. Chemia Podręcznik dla klasy siódmej i ósmej szkoły podstawowej Warszawa, WSiP 1994 r. 16. Kałuża B., Reich A. Chemia 7 Warszawa, Wydawnictwo Edukacyjne, 1995 r. 17. Pazdro K.M. Chemia dla licealistów Budowa materii w oczach chemika Warszawa, Oficyna Edukacyjna Krzysztof Pazdro, 1996 r. 18. Angiel J., Kądziołka J., Stawarz R. "Przyroda i człowiek -podręcznik 5 kl." Warszawa, WSiPsa, 2000 r. 19. Pazdro K.M., Torbicka M. Podręcznik Część I Chemia dla gimnazjalistów Warszawa, Oficyna Edukacyjna Krzysztof Pazdro, 1999 r. 20. B. Earl B., Wilford L.D.R. Podręcznik dla gimnazjum Chemia Warszawa, Prószyński I S-ka, 1999 r. 21. Paśko J. R. Chemia dla klasy I gimnazjum Kubajak, Krzeszowice, 1999 r. 22. Kulawik J., Kulawik T., Litwin M., Chemia dla gimnazjum część 1 Warszawa, Nowa Era, 1999 r. Kontakt 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 72