Využití informačních technologií ve výuce chemie

Využití informačních technologií ve výuce chemie Mgr. Vladimír Nápravník, Ph.D.

Strana | 1

Úvodní slovo pro studenta: Vážení a milí, vítám Vás v kurzu, který je určen právě pro Vás - učitele chemie. Projdeme společně oblasti přípravy na výuku a vlastní výuky, kde Vám výpočetní technika bude dobrým pomocníkem. Nuže - směle do práce. Váš tutor.

Cíle: Absolvent kurzu zvládne:  využívat kancelářský software pro přípravu a realizaci vybraných partií výuky chemie (textový a tabulkový editor a prezentační SW),  využívat služeb (e-mail a WWW) se zdroji chemických informací na Internetu pro přípravu a realizaci vybraných partií výuky chemie,  koncipovat, realizovat a hodnotit výuku chemie s použitím tutoriálního výukového software (počítačového výukového programu s chemickou tématikou), vybrat pro výuku a z hlediska konkrétní výukové aplikace zhodnotit výukový software,  pracovat a ve výuce efektivně použít příklady počítačových modelů (např. molekul) a simulací (např. laboratorních přístrojů a metod),  pracovat a ve výuce efektivně použít hardware a software k realizaci počítačem podporovaného školního chemického experimentu.

Strana | 2

1 Studijní úvod 1.1 Základní charakteristika kurzu

Základní charakteristika kurzu Název: ICT ve výuce chemie Cílová skupina: Kurz je určen pro učitele chemie na základních a středních školách včetně víceletých gymnázií. Obsah kurzu: 1 Studijní úvod 2 Kancelářský software pro učitele chemie 3 Internet pro učitele chemie 4 Chemický didaktický software - výukové programy s chemickou tématikou 5 Modelování a simulace ve výuce chemie 6 Počítačem podporovaný školní chemický experiment 7 Výkladový slovník vybraných pojmů 8 Příklady výukových jednotek 9 Použité zdroje a výběr z rozšiřující literatury Časové nároky: Celkový čas - cca 21 h Celkový čas pro studium textů - cca 6 h Celkový čas ostatních aktivit - cca 15 h Časový rozvrh: cca 2 měsíce Ideální by bylo vyhradit si dvakrát dvě hodiny týdně pro pravidelné studium a každý týden zvládnout jednu kapitolu. Nejlépe začátkem týdne prostudovat studijní články a seznámit se se zadáním úkolů a po té úkoly průběžně vypracovávat. Maximální počet získaných bodů za úkoly je 370. Pro úspěšné absolvování kurzu a získání osvědčení je třeba získat alespoň 280 bodů. Studijní články: Kromě studijního textu obsahují studijní články i multimediální komponenty. Program je nastaven tak, že je Vaše obrazovka rozdělena na dvě poloviny - v pravé je studijní text, v levé jsou obrazové materiály, video, grafy apod. Některé obrázky nebo schémata si můžete zvětšit pomocí "lupy" (ikona ve tvaru lupy). Pak budou dobře čitelná čísla, detaily obrázku, případně vazby ve vzorcích apod. Máte také možnost si komponenty i učební texty studijních článků vytisknout (ikona tiskárny). Kontakt na tutora: Mgr. Vladimír Nápravník, Ph.D. [email protected] tel. 603 360 969 (možno psát SMS, volat mezi 9 a 20 h)

Strana | 3

Vážení a milí, nezbývá než popřát Vám šťastnou a zajímavou cestu virtuálním světem distančního vzdělávání! Neztraťte se, a kdyby přeci jen jste se ocitli ve slepé uličce, jsem tu hned s pomocí pro Vás. Váš tutor.

1.2 Jak úspěšně v tomto kurzu studovat?

Jak úspěšně v tomto kurzu studovat? Využijme osvědčených postupů a metod, které známe z prezenční výuky, a vyzkoušejme je v distančním vzdělávání: 1.Vnímejme monitor jako černou tabuli ve třídě a myš jako křídu, kterou nám dal učitel do ruky, abychom doplnili předepsané cvičení. 2.Připravme si sešit na poznámky, tužku, gumu, brýle a svačinu. 3.Čekejme vždy ve stejný čas a ve stejném prostředí na „zvonění“ ohlašující začátek hodiny, ale také přestávku a konec vyučování. 4.Dělejme si poznámky a výpisky, podtrhávejme, zvýrazňujme a škrtejme. 5.Stanovme si dílčí cíle a snažme se jich dosáhnout. 6.Poznamenejme si dotazy pro učitele/tutora, které nás při studiu napadají. 7.Spolupracujme s ostatními účastníky studia, nebojme se požádat je o radu. Debatujme se „spolužáky“ o studijních, ale i dalších problémech… 8.Pokud jsme unaveni, udělejme si kratičkou přestávku, protáhněme se, vyvětrejme „třídu“, chvilku relaxujme. 9.Čas strávený před monitorem považujme za „vyučování“, na které je třeba se připravit zopakovat si předchozí látku, vypracovat domácí úkol atd. 10.Ke studiu přistupujme sebevědomě, podle hesla „Nebojíme se školy, škola se bojí nás!“

Obrázek 1.2-1 studium

Strana | 4

2 Kancelářský software pro učitele chemie Tuto kapitolu úspěšně absolvujete, získáte-li minimálně 80 bodů v úkolech (maximálně 100 bodů) a přidáte-li příspěvky do diskuze.

Cíle: Cílem je poznat příklady využití kancelářského softwaru k tvorbě textů, grafiky, prezentací aj. využitelných pro podporu výuky chemie. Prohloubit si znalosti ve využívání kancelářského softwaru - textových editorů, tabulkových procesorů a prezentačního softwaru.

2.1 Úvod

Úvod Kancelářský software, především textové editory, tabulkové procesory, databázové a grafické programy, je typem softwaru, který, i když není původně pro výuku určený, může výuku chemie velmi dobře podporovat. Mezi nejrozšířenější software uvedeného typu patří Microsoft Office (MS Office). Dalšími příklady mohou být např. Claris Works, AmiPro, Win602, OpenOffice aj. Pro možnost neustálých oprav a aktualizací, ukládání, formátování, automatické kontroly "textu" a dalších funkcí mohou být využívány jak studenty, tak pedagogy v nejrůznějších oblastech - např. tvorba libovolných seminárních prací, prezentací formou vývěsek nebo posterů, korespondence, administrativních dokumentů, třídních výkazů, testů apod. Vezměme si za příklad softwarový balík MS Office pro Windows (různé verze), který obsahuje následující programy:     

textový editor MS Word, tabulkový procesor MS Excel, databázový software MS Access, program pro prezentační účely MS PowerPoint, komunikační program MS Outlook.

Jedná se o integrovaný balík programů s následujícími přednostmi:  vytváření souborů s možností snadného propojení jednotlivých programů;  exportování a konverze dat z jednotlivých programů;  stejné pracovní prostředí jednotlivých programů (stejné funkce, vzhled, úpravy apod.). Plnohodnotnou a bezplatnou alternativou kancelářského balíku MS Office je dle řady odborníků v této oblasti balík OpenOffice. Jde o freeware dostupný např. na adrese http://www.stahuj.cz/podnikani_a_domacnost/kancelarske_aplikace/ostatni/openoffice org/ . OpenOffice obsahuje: Writer, nahrazující MS Word (tvorba dokumentů),  Calc, nahrazující MS Excel (tabulkový procesor),  Impress, nahrazující MS PowerPoint (prezentace).

Strana | 5

Zajímavá je i součást Math, která slouží pro tvorbu rovnic a jiných matematických úloh. Součást HTML Editor usnadní počáteční seznámení s tvorbou WWW-stránek. Draw je nástroj pro tvorbu grafických prvků především do prezentací. Pracuje s vektorovými objekty, které jsou vhodné pro zpracování grafů, modelů apod. Kompatibilita (vzájemná slučitelnost, snášenlivost) obou balíků je velmi dobrá - Open Office dokáže otevřít soubory MS Office a převzít bez větších problémů jejich formátování. Při ukládání je pak možné zvolit, zda soubor uložit v Open Office formátu nebo v MS Office. V následujících příkladech se seznámíme s textovým editorem, tabulkovým procesorem a prezentačním programem z balíku MS Office a představíme si i freewarové editory chemických vzorců ISIS-Draw, resp. SymyxDraw a ChemSketch.

Obrázek 2.1-1 OpenOffice - Writer

Strana | 6

Obrázek 2.1-2 OpenOffice - Calc

Obrázek 2.1-3 OpenOffice - Impress

Strana | 7

Obrázek 2.1-4 OpenOffice - Math

Obrázek 2.1-5 OpenOffice - Draw

Strana | 8

2.2 Textové editory

Textové editory MS Word umožňuje vytvářet libovolné textové dokumenty a formuláře dle potřeb uživatele a možností programu. V podstatě se jedná o dokonalejší psací stroj, kde texty mohou být různého vzhledu (formátu písma - velikost, typ, barva atd.), odstavců, řádkování, vložení odrážek a tabelátorů, pozadí, velikosti stránky, umístění obrázků, tabulek atd. Výuka nabízí řadu aplikací uvedeného software s důrazem na tvůrčí činnost učících se - zpracování seminárních prací, laboratorních protokolů, variabilních textů, testů apod. Při tvorbě dokumentů je třeba dbát na elementární typografická pravidla. Výběr z nich je obsažen v souboru Základy typografie. E. Juláková se v časopise Chemické listy zabývala také psaním rovnic, jednotek a veličin v textových dokumentech (Juláková, E.: Rovnice, jednotky a veličiny - jak s nimi? Chem. Listy 99, s. 250 - 257 (2005)). Text je dostupný na internetových stránkách časopisu - http://chemicke-listy.vscht.cz - (http://chemickelisty.vscht.cz) - číslo 4/2005 a v souboru Vzorce a reakce . Další pravidla najdete na stránkách www.typo.cz a www.typografie.wz.cz Pro psaní vzorců a rovnic (matematických, fyzikálních) je vhodné využít nabídku Vložit Objekt a vybrat Microsoft Equation (Microsoft Rovnice) nebo Editor rovnic 3.0 a příslušný vzorec vytvořit jako samostatný objekt (Microsoft Equation musí být nainstalován; v případě absence v nabídce Vložit - Objekt, je třeba požádat o doinstalování). Test vytvořený v MS Word může být vytvořen jako formulář, kde odpovědi mohou být jak výběrového tak doplňujícího charakteru. Řešení testu ať již vybráním správného písmene varianty odpovědi, nebo vložením odpovědi (slova) musí proběhnout vepsáním daného druhu odpovědi do šedého formulářového pole. Vyplňování testu (testování) se provádí do zamknutého formuláře (Nástroje - Zámek - zamknout pro vyplňování prostřednictvím formulářových polí), který respondenti uloží po vyplnění pod vlastním příjmením (novak.doc) do přiděleného adresáře. Učitel musí mít k dispozici správné řešení opět jako formulář (např. spravne.doc), které bude sloužit k porovnání (orientační vyhodnocení správnosti) testu. Vyhodnocování je následující: učitel otevře svůj soubor (v našem případě spravne.doc), pak provede převedení formuláře do podoby obyčejného dokumentu a to pomocí nabídky Nástroje položky Odemknout dokument a kliknutím na nabídku Nástroje a vybráním položky Porovnat dokumenty v odkazu Sledování změn. Objeví se okno, kde vybere soubor (test - novak.doc), jež má být kontrolován, a odsouhlasí tlačítkem OK, poté již počítač automaticky provede porovnání dokumentů (porovnání znaků). Pro budoucí kontrolu může pedagog uložit soubor pod jiným názvem (nabídka Uložit jako a napsat název souboru a vybrat jeho umístění), aby mohl prokázat, to co student vyplnil (např. novakopr.doc). V opraveném testu jsou nesprávně vložené odpovědi škrtnuté, skoro správné odpovědi obsahují podtržený text, jež představuje kompletní správnou odpověď, a zcela správné odpovědi neobsahují žádné podtržení či zaškrtnutí. Např. práce s tvorbou testu v hodině opakování a přípravy na prověřování znalostí - viz kapitola „Příklady výukových jednotek“ - část „Opakování a procvičování učiva“

Strana | 9

Obrázek 2.2-1 Příklad tvorby výrazu pomocí Editoru rovnic 3.0

2.3 Tabulkové procesory

Tabulkové procesory MS Excel je software určený pro vytváření tabulek dat a jejich grafických výstupů. Základem programu jsou ”listy”, jež se skládají z šachovnicových polí, do kterých je možné vkládat čísla, texty a hlavně funkce, jež představují vzorce pro následné výpočty odkazující se na jiné pole - buňku. MS Excel nabízí k využití matematické, finanční, logické, statistické, informační a vyhledávací funkce. Možnost kopírování těchto funkcí a dat poskytuje uživateli rychlý prostředek pro potřebné rutinní výpočty. Na základě jednotlivých polí tabulky je možné vytvářet různé typy grafu (sloupcový, plošný, 3D, výsečový, spojnicový atd.). Jelikož existuje stálé propojení polí tabulky a grafu, tak se změny údajů v tabulce projeví okamžitě i ve vybraném grafu.

Zpracování a prezentace dat Tabulkový procesor je možné použít jako efektní prostředek k okamžité registraci, zpracování a prezentaci naměřených dat. Při měření je možné přímo zadávat data do předem připravené tabulky a grafu (odkazující se na určitý sloupec (ce) v tabulce). Viz obr. a obr. , kde je ukázka registrace a prezentace dat naměřených při titraci HCl NaOH. V prvním sloupci je objem titračního činidla, ve druhém měřené pH a ve třetím až pátém sloupci jsou on-line počítány související veličiny (pOH, koncentrace oxoniových a hydroxidových iontů).

Strana | 10

Obrázek 2.3-1 Data registrovaná a dopočítávaná z acidobazické titrace

Obrázek 2.3-2 Titrační křivka

Strana | 11

Báze pro přípravu testu vytvořená v MS Excel Báze má usnadnit práci učitele při přípravě variant testu, jež obsahuje rutinní výpočet, který lze pomocí programu MS Excel snadno "předprogramovat" a libovolně opakovat. Soubor s názvem ”?.xls” může být jednoduchý soubor vytvořený v prostředí MS Excel, jehož stěžejní funkcí je to, že se po zadání vstupních dat provede vypočtení ostatních údajů. Má sloužit učiteli při přípravě variant testu obsahujících rutinní výpočty. Po zadání údajů (např. při výpočtu hydrostatické vztlakové síly podle Archimédova zákona jde o zadání poloměru válce, výšky válce a hustot kapaliny a tělesa) se provede zadaný výpočet. Zároveň je uvedena i textová odpověď, zda dané těleso plave, vznáší se či klesá ke dnu, viz . Postup lze úspěšně použít v každém zadání, které obsahuje nějaké výpočty a práci s daty v podobě různých druhů čísel.

Obrázek 2.3-3 Výpočet hydrostatické ztlakové síly

Další tabulka (obr. ) zobrazuje úlohu na výpočty z chemických rovnic. Je navržena pro výpočty látkových množství reagujících látek (příp. produktů) a jejich hmotností na základě stechiometrických výpočtů podle rovnice reakce. Vstupními daty jsou stechiometrické koeficienty reagujících látek (příp. produktů), jejich molární hmotnosti a hmotnost jedné reagující látky (příp. produktu). Hmotnost druhé reagující látky (příp. produktu) je třeba nahradit znakem "?". Výstupem jsou látková množství reagujících látek (příp. produktů) a hmotnost druhé reagující látky (příp. produktu).

Strana | 12

Obrázek 2.3-4 Úlohy na výpočty z chemických rovnic

2.4 Software pro prezentaci

Software pro prezentaci Programy, které jsou určeny pro prezentaci informací, jsou také označovány jako programy pro slide show (dle aplikace je na obrazovce nebo na promítací ploše předváděna posloupnost obrázků (slides), které obsahují různé typy informací - např. text, grafiku, animace aj.). Příprava prezentace spočívá v tvorbě jednotlivých slides (“obrazovek”), a to: výběr nebo tvorba pozadí,  výběr nebo tvorba objektů - grafy, textové a grafické prvky, zvýrazňovací prvky (programy jsou také dodávány s připravenými obrázky, které lze snadno použít),  úprava kompozice - rozmístění prvků na obrazovce,  přiřazení dynamických prvků k objektům a obrazovkám - možnost oživení prezentace zvukem nebo animací. Jednoduchým programem pro tzv. slide show je MS PowerPoint. Prezentace může být vytvořena jako doplněk přednášky nebo může být určena pro zopakování nebo procvičení učiva. Obě varianty se liší hlavně v navigaci. V první verzi určené pro doplnění přednášky nejsou kladeny velké nároky na explicitně vyjádřenou orientaci v pořadí slides - prezentuje většinou sám autor, kdežto u druhé verze musí být tomuto aspektu věnována velká pozornost - prezentací prochází osoba, která není seznámena s uspořádáním prezentace. Pro první seznámení s tvorbou prezentace je vhodné použít po spuštění programu tzv. „Stručného průvodce“.

Strana | 13

Příklad prezentace:

Obrázek 2.4-1 Příklad prezentace - část

2.5 Grafický software

Grafický software Grafické materiály ve výuce chemie tvoří zvláště různá schémata aparatur, vzorce a rovnice, fotografie a nákresy látek, přístrojů, chemických procesů apod. Pro jejich tvorbu se používají různé grafické programy. Součástí příslušenství Windows je např. „Kreslení“ pro jednoduchou tvorbu obrázků a „Imaging“ pro jednoduché zpracování fotografií. Profesionálními grafickými programy jsou např. Corel Draw nebo Adobe Ilustrator, při profesionální úpravě již hotových předloh (např. digitální fotografie, skenované obrázky) se např. pro retuše a úpravu používá Adobe Photoshop, kvalitou se mu blíží i Corel Photopaint nebo PaintShopPro. Pro tvorbu jednodušších chemických vzorců lze s úspěchem použít i několik programů volně dostupných. Jedním z nich je například Isis/Draw. Pro vytváření třírozměrného statického i dynamického pohledu na objekty je možné využít tzv. anaglyfy. Při jejich tvorbě jakož i při tvorbě tzv. VRML (Virtual Reality Modelling Language) a dalších 3D objektů je třeba využít speciální grafický software. Příkladem software zvládajícího všechny tyto grafické výstupy může být program PC SpartanPro. Jednotlivé softwarové produkty mají svá specifika. Liší se cenou, uživatelským komfortem, ale především možnostmi. Obecně můžeme říci: „Čím všestrannější a lepší software, tím větší cena a větší složitost programu“. Existují programy, se kterými se člověk naučí pracovat během několika málo hodin a programy, které se učí ovládat celý život a neustále objevuje jejich nové vlastnosti.

Strana | 14

Isis/Draw je jednodušší program určený pro chemii a pro nekomerční aktivity je k dispozici zdarma na Internetu (lze jej získat, včetně dalšího chemického výukového softwaru, např. na adrese , položka „chemické programy“). Je to aplikace pod MS Windows a má standardní ovládání. Velmi snadno se v ní vytvářejí jednoduché vzorce a schémata dále využitelná např. v prezentacích (např. transparentech pro zpětný projektor) nebo při přípravě tištěných podkladů pro výuku. Okno aplikace obsahuje dvě nástrojové lišty s ikonami - svislou a vodorovnou, umístěné na okraji pracovní plochy. Svislá lišta je nástrojová, jsou zde standardní ovládací prvky grafických programů. Na vodorovné liště jsou umístěny nejpoužívanější chemické vzorce a symboly. Tento program byl dostupný na adrese www.mdli.com. V současné době se na této stránce nachází obdobný program SymyxDraw . ChemSketch je editor chemických struktur firmy Advanced Chemistry Development, Inc. (). Je použitelný samostatně anebo jsou známy jeho integrace do jiných aplikací (např. ACD/3DViewer). ChemSketch se používá ke grafickému znázorňování chemických struktur, reakcí a schémat. Může být vhodně využit k tvorbě chemicky orientovaných zpráv a prezentací. Je vybaven následujícími funkcemi: Structure Mode (Strukturní mód) pro kreslení chemických struktur a výpočet vlastností znázornění molekul Draw Mode (Kreslení) pro editaci textu a grafiky Jeho významnou předností jsou i šablony (Templates) pro kreslení laboratorních aparatur (Lab Kit). Uživatelská příručka software ChemSketch ver. 10 v českém jazyce je k dispozici na Webu distributora a zde v souboru Příručka ChemSketch v. 10.

Obrázek 2.5-1 IsisDraw

Strana | 15

Obrázek 2.5-2 SymyxDraw

Obrázek 2.5-3 ChemSketch

Strana | 16

3 Internet pro učitele chemie Tuto kapitolu úspěšně absolvujete, získáte-li minimálně 35 bodů v úkolech (maximálně 50 bodů) a přidáte-li příspěvky do diskuze.

Cíle: Seznámit se s principy a základními typy služeb Internetu na chemicky orientovaných tématech. Zvládnout základy práce s WWW-prohlížečem a základy používání některých služeb založených na e-mailové komunikaci. Zvládnout přípravu, realizaci a hodnocení vyučovacích hodin a projektů s podporou Internetu.

3.1 Služby internetu

Služby internetu V Internetu, tedy v „síti sítí“ neboli celosvětovém propojení počítačových sítí, pracují jednotlivé počítače jednak jako servery, jednak jako klientské stroje. Servery své služby poskytují, klienti tyto služby využívají. Existuje celá řada služeb poskytovaných Internetem, ale jejich podstata je vždy stejná: zaslání dat směrem ke klientovi na jeho žádost. Data cestují také směrem od klienta k serveru - to jsou především veškeré žádosti a dotazy, ale mohou to také být údaje o uživateli, jako je třeba poštovní adresa pro zaslání zboží, přístupové heslo k využití služby aj. Ve spektru všech možných internetových služeb hrají v současnosti nejdůležitější roli World Wide Web (Web, W3 neboli WWW) a elektronická pošta (e-mail). Pojďme se na obě služby, a další možnosti na nich založené, podívat z pohledu učitele chemie. Předpokládá se, že nespouštíme Webprohlížeč či neprohlížíme svou e-mailovou schránku poprvé.

3.2 Wold Wide Web

Wold Wide Web WWW je jednou z nejpoužívanějších služeb Internetu a ve volném překladu známá jako "celosvětová pavučina". Umožňuje práci s textem, grafikou, zvukem či videem. Pro zájemce o chemické informace nabízejí hypertextovými odkazy navzájem propojované servery texty z chemické literatury, chemický software, sbírky chemických experimentů, databáze chemických sloučenin či chemických reakcí, chemickou grafiku atd. atd. S využitím tzv. prohlížečů WWW stránek může uživatel získat poměrně snadno a rychle informace pro řešení nejrůznějších problémů. Při vyhledávání informačních zdrojů můžeme využívat různé strategie: tzv. "surfování" (prohledávání dokumentů (stránek) pomocí hypertextových odkazů "postupné zanořování"), tzv. "Starting Point Pages" (stránky odkazů a informací o nich: odkazy na vyhledávací zdroje a tématicky orientované odkazy, stránky jako pokusy o shromáždění nejdůležitějších zdrojů k určitému tématu podle různých měřítek - subjektivně, hlasováním apod., informace o nejnověji zveřejňovaných dokumentech aj.), tzv. "vyhledávací nástroje" (prostředky k hledání konkrétních informací v prostředí WWW),

Strana | 17

tzv. "předmětově orientované vyhledávání" (hierarchicky organizované předmětové katalogy), tzv. "hledání prostřednictvím klíčových slov". Při vyhledávání informací je důležité správně volit klíčová slova či fráze (ty se většinou uvedou do uvozovek - viz typ vyhledávače), používat synonyma (v závislosti na autorech zdrojů informací), nepoužívat obecné výrazy a slova (členy, spojky, předložky atd.), identifikovat funkce pro spojování klíčových slov (standardně bývá „nebo“ - „OR“) a jiné. Po získání informace je nutné provést jejich kritické zhodnocení podle kvalifikace autora a reputace vydavatele, datumu vydání, šíře a hloubky problematiky ve zdroji, posouzení stránek dalším respondentem, porovnáním s jinými zdroji atd.

3.3 Elektronická pošta (e-mail)

Elektronická pošta (e-mail) Specifickou a důležitou součástí Internetu je přímá interakce a komunikace mezi jeho uživateli, kterou zajišťuje zvláště elektronická pošta - e-mail. Na bázi e-mailu pracují tzv. elektronické konference . Jsou využívány skupinami lidí ke vzájemné komunikaci na společné téma. Diskuzi řídí správce diskuzní skupiny, kterému jsou zasílány příspěvky do diskuze, a on je pak rozesílá jednotlivým členům diskuzní skupiny. Správcem nemusí být skutečný člověk, ale automaticky fungující program, který bývá označován jako listserver. Elektronické diskuzní skupiny se mohou dělit na elektronické seznamy a elektronická diskuzní fóra, buď moderovaná, nebo nemoderovaná. Přihlášení se provádí elektronickým dopisem, který se zašle na administrativní adresu skupiny. Jeho obsahem je většinou některý z následujících textů: "SUBSCRIBE jmenoskupiny Jmeno Prijmeni", "JOIN jmenoskupiny Jmeno Prijmeni". Pokud se přihlášení nezdaří, je možné zaslat na adresu skupiny mail s textem HELP a odpovědí je většinou podrobný návod k přihlášení a využívání služeb. Diskusní příspěvky se potom posílají na tzv. poštovní (distribuční) adresu. Odhlášení, tj. vymazání adresy z distribučního seznamu, se provádí obvykle zasláním dopisu na administrativní adresu s obsahem: "UNSUBSCRIBE jmenoskupiny", "SIGNOFF jmenoskupiny", "LEAVE jmenoskupiny". Uživatelské příručky od jednotlivých programů, které řídí různé diskuzní skupiny, lze získat zasláním elektronického dopisu s textem HELP na příslušné adresy (viz studijní článek Zdroje II - adresy administrativních programů).

Strana | 18

Obrázek 3.3-1 Seznam diskuzních skupin na CESNETu

3.4 Zdroje I Zdroje I. (odkazy pro první kroky na Webu v různých oblastech školství a chemie) České školní stránky (Školy a jejich výuka) České stránky s tématikou chemie a její výuky Příprava učitelů chemie v ČR Příprava učitelů chemie na Slovensku Příprava učitelů chemie na univerzitách v Německu Chemické časopisy Periodické tabulky Obecná chemie Reakční mechanismy Chemické struktury Počítačové modelování a simulace Chemické experimenty Fullereny (nová modifikace uhlíku) Různé České vyhledávače Zahraniční vyhledávače Zde je soubor s jednotlivými odkazy Zdroje I.

Strana | 19

3.5 Zdroje II Zdroje II - diskuzní skupiny Adresy diskuzních skupin se školskou tématikou (administrativní adresa; poštovní adresa) Příklady adres chemických diskuzních skupin (administrativní adresa; poštovní adresa) Seznamy diskuzních skupin s chemickou tématikou Seznamy diskuzních skupin obsahující skupiny s chemickou tématikou Příklady žádostí ("e-dopisů") o přehledy chemických diskuzních skupin na adresy Adresy administrativních programů Adres diskuzních fór via WWW Zde je soubor s jednotlivými odkazy Zdroje II.

3.6 Co víme o zdrojích informací na Internetu? Ověřme si svou orientaci v symbolice a pojmech používaných při práci s internetovou službou WWW a v e-mailových diskuzních skupinách.

Zadání: 1. Patří adresa http://www.uochb.cas.cz českému zdroji Internetu? 2. Na linku je stránka Webovského sdružení didaktiků chemie, kolik diskuzních příspěvků zaznělo v Diskuzním fóru v roce 2002? 3. Jakou adresu má Web-stránka na obrázku?

4.

Start Point Pages jsou a) vyhledávače informací zahraniční provenience, b) stránky odkazů a informací o nich, c) klíčová slova, d) odkazy na vyhledávací zdroje a tématicky orientované odkazy.

Strana | 20

5.

Předmětově orientované vyhledávání označuje vyhledávání informací a) o školních předmětech, b) pomocí klíčového slova, c) v hierarchicky organizovaných předmětových katalozích vyhledávačů, d) pomocí souborů klíčových slov. 6. Adresa jednoho z nejvýznamnějších světových časopisů zabývajícího se výukou chemie Journal of Chemical Education je http://………………………. 7. Jsou texty „SUBSCRIBE jmenoskupiny jmeno prijmeni“ a „JOIN jmenoskupiny jmeno prijmeni“ přihlašovacími e-dopisy do diskusní skupiny? 8. Je e-dopis s textem UNSUBSCRIBE ICHEM Pavel Novak přihlašovacím textem Pavla Nováka do diskusní skupiny ICHEM.?¨ 9. Textem dopisu pro získání informací o diskusní skupině a způsobu její administrace je: ............... . 10. Seřaďte pojmy podle posloupnosti jejich využití při přihlášení do a odhlášení z elektronické diskusní skupiny: Unsubscribe, Subscribe, Administrativní adresa, Distribuční adresa, Příspěvek do diskusní skupiny.

Návrh řešení: 1. Patří adresa http://www.uochb.cas.cz českému zdroji Internetu? ANO (doména.cz patří zdrojům z České republiky) 2. Na linku je stránka Webovského sdružení didaktiků chemie, kolik diskusních příspěvků zaznělo v Diskusním fóru v roce 1998? 7 3. Jakou adresu má Web-stránka na obrázku? http://chemie.upce.cz 4. Start Point Pages jsou a) vyhledávače informací zahraniční provenience, b) stránky odkazů a informací o nich, c) klíčová slova, d) odkazy na vyhledávací zdroje a tématicky orientované odkazy. 5. Předmětově orientované vyhledávání označuje vyhledávání informací a) o školních předmětech, b) pomocí klíčového slova, c) v hierarchicky organizovaných předmětových katalozích vyhledávačů, d) pomocí souborů klíčových slov. 6. Adresa jednoho z nejvýznamnějších světových časopisů zabývajícího se výukou chemie Journal of Chemical Education je 7. Jsou texty „SUBSCRIBE jmenoskupiny jmeno prijmeni“ a „JOIN jmenoskupiny jmeno prijmeni“ přihlašovacími e-dopisy do diskusní skupiny? ANO 8. Je e-dopis s textem UNSUBSCRIBE ICHEM Pavel Novak přihlašovacím textem Pavla Nováka do diskusní skupiny ICHEM.? NE (unsubscribe je příkaz pro odhlášení z diskusní skupiny) 9. Textem dopisu pro získání informací o diskusní skupině a způsobu její administrace je: ............... . HELP 10. Seřaďte pojmy podle posloupnosti jejich využití při přihlášení do a odhlášení z elektronické diskusní skupiny: Unsubscribe, Subscribe, Administrativní adresa, Distribuční adresa, Příspěvek do diskusní skupiny. Administrativní adresa - Subscribe - Distribuční adresa - Příspěvek do diskusní skupiny - Administrativní adresa - Unsubscribe.

Strana | 21

4 Chemický didaktický software - výukové programy s chemickou tématikou Tuto kapitolu úspěšně absolvujete, získáte-li minimálně 60 bodů v úkolech (maximálně 80 bodů) a přidáte-li příspěvky do diskuze.

Cíle: Poznat základní charakteristiky výukových programů s chemickou tématikou, naučit se používat nástroje k hodnocení výukových programů a na základě výsledků hodnocení navrhovat a realizovat jejich aplikace ve výuce.

4.1 Výukové programy

Výukové programy Odpovědi na otázku „Čím naučit?“, „Co použít k tomu, aby byli žáci více motivováni?“, „Čím nebo pomocí čeho prezentovat učivo?“ atd. souvisejí i při využívání počítačů s otázkami „Co má být naučeno?“, „K čemu má učení směřovat?“, „Kdo se učí?“, „Jak naučit?“ a „Kde a za jakých okolností učení probíhá?“. To také jsou nebo by měly být otázky, které si musí zodpovědět každý tvůrce výukového programu. Výukové programy mají své předchůdce v prostředcích programované výuky, jejíž principy byly formulovány již v 60. letech minulého století. V historickém vývoji založeném jednak na poznatcích behaviorální psychologie (učení jako modely s jádrem „stimul-reakce“) a jednak na poznatcích kybernetiky (teorie zpětné vazby, automatizace aj.) lze zaznamenat řadu klasifikací použití počítačů ve výuce či výukového softwaru. Již z roku 1964 pochází např. Moorova klasifikace: • CAIDI (Computer AIDed Instruction) - výuka pomocí počítače (počítač jako pomoc při prezentaci učiva apod.), • CAI (Computer Assisted Instruction) - výuka řízená počítačem (výukové programy tutory, počítač přebírá některé funkce učitele), • CATC (Computer Assisted Test Construction) - počítač podporuje generování testů, • NTCA (Non Tutorial Computer Application) - nevýukové aplikace počítače. Pro výuku chemie je zajímavá klasifikace výukového softwaru od Franze Kappenberga, propagátora počítačem podporované výuky chemie v Německu: • Rechenhilfe - výpočty pomocí počítače (využití tabulkových procesorů), • Lernhilfe - počítač pomáhá, příp. řídí výuku - „tutoriální software“, • Experimentierhilfe - počítač podporuje experimenty, • Computer Simulationen - počítačové modely a simulace. Následující texty charakterizují některé dostupné výukové programy s chemickou tématikou (s upravenými reklamními texty).

Strana | 22

4.2 Škola hrou: Chemie 1 Škola hrou: Chemie 1 (12 -16 let) - http://www.langmaster.cz Produkt je určen především žákům 8. ročníků základní školy a 1. ročníků střední školy. Může sloužit i pro opakování chemie k maturitě. Obsah byl redigován odbornými pracovníky z Výzkumného ústavu pedagogického v Praze. Témata: chemické látky, směsi a chemické sloučeniny, struktura atomu, periodická tabulka prvků, chemické rovnice, zákon stálých poměrů slučovacích, stechiometrické výpočty, voda - sloučenina vodíku a kyslíku a rozpustnost a koncentrace látek v roztoku.

Obrázek 4.2-1 Škola hrou: Chemie1

4.3 Škola hrou: Chemie 2

Škola hrou: Chemie 2 (12-16 let) - http://www.langmaster.cz Titul je určen především studentům 1. ročníku střední školy a zájemcům ze základní školy. Může sloužit i pro opakování chemie k maturitě či k přijímacím pohovorům na vysoké školy. Obsah byl redigován odbornými pracovníky z Výzkumného ústavu pedagogického v Praze. Jde o zpracování témat z anorganické chemie. Víte, jaký je rozdíl mezi kyselinami a hydroxidy? Umíte odpovědět na otázku, proč vedou vodné roztoky kyselin elektrický proud? Znáte názvosloví, chemické vzorce a vlastnosti nejběžnějších solí? Zajímá vás, jak se vyrábí sklo a proč tvrdne malta? Výklad je doprovázen obrázky a trojrozměrnými animacemi, na videonahrávkách jsou chemické pokusy.

Obrázek 4.3-1 Škola hou: Chemie 2

Strana | 23

4.4 Chemicus... a chemie stane se dobrodružstvím

Chemicus ... a chemie se stane dobrodružstvím http://www.cybex.cz Že může být pobyt v chemické laboratoři dobrodružstvím? Na tom by nebylo nic divného, když v ní sem tam něco nechtěně bouchne. Jenže i bez omylů se zkumavkami v rukách lze prožít dobrodružství. Zvláště když se dostanete do laboratoře v tajemném podzemí. Takřka beze stop odtud zmizel váš přítel Richard a vy jej musíte co nejdříve najít. Jak se za ním dostat? Jak proniknout do tajné organizace, která ho zřejmě unesla? Právě se sice otevřely dveře vedoucí ven, ale za nimi na vás čeká neznámé, ohromné město se stovkami budov a nekonečně vysokou věží... plné chemických rébusů, hádanek a úkolů. Řekli byste, že pomůže rafinovanost, svaly a střelné zbraně. Leč chemie a znalosti z jejích oborů jsou tou nejúčinnější zbraní, která na protivníka platí! Určitě není žádná legrace ošálit pachové detektory. Jak na ně? Nebo vám připadají vzorečky a chemické rovnice zábavnější? Asi sotva, ovšem bez nich se v naší hře neobejdete. Možná až zde zjistíte, v jakých konkrétních situacích se dají skvěle použít. Ne kvůli známce v žákovské, ale v situacích, které nastávají v každodenním životě. Věděli jste, že můžete v plechovce s Cola-Colou odstranit rez z klíče? A že vám citrónový roztok může posloužit jako neviditelný inkoust? Podzemní dráha města funguje na podobném principu jako periodická tabulka prvků. Náhoda? V žádném případě! K dispozici budete i v této hře mít bohatou zásobárnu teoretických informací i aplikovaných pouček z chemie: jak se vyrábějí prskavky, co je to fotochemická reakce, jak funguje rafinérie a spousta dalších věcí. Uvidíte, jak zábavná chemie může být!

Obrázek 4.4-1 Chemicus

4.5 Chemie I.

Chemie I. - http://www.zebra.cz Celkem jedenáct kapitol obsahuje základní poznatky z oblasti chemie přibližně v rozsahu učiva základních škol a nižších ročníků gymnázií. Tematicky je učivo rozděleno do deseti kapitol objasňujících pomocí jednotlivých pojmů vždy určitou oblast chemické vědy. Každý pojem je vysvětlen v textu (s možností poslechu), doplněn ilustrací (případně doplněného o 3D ukázku) a animovanou ukázkou. Jedenáctá kapitola je věnována periodické tabulce prvků. Kromě obecných zákonitostí uspořádání do tabulky jsou zde

Strana | 24

konkrétní informace o každém prvku. V celém objemu učiva je možno vyhledávat výrazy, využívají se zde i hypertextové odkazy. Texty k pojmům je možné doplňovat vlastními poznámkami. Ke každé kapitole jsou připraveny testovací otázky s vyhodnocením. Multilicence pro školy je navíc rozšířena o možnost vytváření vlastních testů pro ověřování znalostí žáků.

Obrázek 4.5-1 Chemie 1

4.6 Chemie II.

Chemie II. - http://www.zebra.cz Další CD ROM z edice výukových programů Zebra systems pro školy. Navazuje na úspěšné vydání Chemie I a doplňuje celý komplet o poznatky z oblasti organické chemie a základů chemické analýzy. Najdete zde informace o základních typech organických sloučenin a jejich derivátech, o názvosloví v organické chemii, o podstatě bílkovin a nukleových kyselin, rozšiřující informace o vzniku chemické vazby, koloběh základních biogenních prvků v přírodě, principy základních analytických metod, v názorných animacích jsou vysvětleny základy některých organických výrobních procesů (výroba papíru, cukru, piva apod.).

Obrázek 4.6-1 Chemie 2

4.7 Terasoft

TS sada programů - http://www.terasoft.cz Matematika: Pythagorova věta, Celá čísla, Převody jednotek, Fyzikální převody, Desetinná čísla, Velká násobilka, Procenta I, Procenta II, Matematika pro prvňáčky, Malá násobilka, Násobilka. Biologie: Biologie člověka I/1, Biologie člověka I/2, Biologie člověka I/3, Biologie člověka II/1,

Strana | 25

Biologie člověka II/2, Biologie člověka II/3, Zoologie - savci, Zoologie - ptáci, Zoologie obojživelníci a plazi, Zoologie - ryby. Chemie: Alkalické kovy - ZŠ, Halogeny - ZŠ, Síra - ZŠ, Kyslík - ZŠ, Vodík - ZŠ, Alkalické kovy - SŠ, Halogeny II, Síra - SŠ, Kyslík -SŠ, Vodík - SŠ

Obrázek 4.7-1 Terasoft

4.8 Encyklopedie vesmíru - fyzika a chemie

Encyklopedie vesmíru http://www.dkmm.cz

-

fyzika

a

chemie

-

Encyklopedie vesmíru na CD ROM. Průvodce astronomií, kosmologií a dobýváním vesmíru. Program oplývá přemírou zajímavých informací o planetách, hvězdách, galaxiích, kosmonautech a jejich vesmírných lodích. Nezapomíná se ani na výzkumné sondy.

Obrázek 4.8-1 Encyklopedie vesmíru

Strana | 26

4.9 Chemie 2.0

Chemie 2.0 - http://www.mujweb.cz/skolstvi/provas CHEMIE 2.0 obsahuje všechny prvky a asi 400 sloučenin. Samozřejmě, že je nemusíte všechny znát, abyste mohli tento program používat. Máte zde možnost nadefinovat si soubor sloučenin, které si přejete mít v testech a díky tomu může být CHEMIE 2.0 používána na všech typech škol a ve všech ročnících.

4.10 Jaký by měl být 'dobrý' výukový program?

Jaký by měl být "dobrý" výukový program? Pokuste se zamyslet nad tím, jak by měl dobrý výukový program vypadat a formulujte jeho základní vlastnosti. Vysvětlete na konkrétním příkladu z chemie následující obecně formulované vlastnosti „dobrého“ výukového programu. V dobrém výukovém programu by se nemělo zapomínat zvláště na: • motivaci k učení (motivace, vtipnost a zásady tzv. školy hrou), • uživatelský komfort (uživatelská přívětivost, nápověda atd.), • názornost (grafika, animace, video a zvuk, čitelnost, stručnost, srozumitelnost a jednoznačnost textu apod.), • výukové cíle (sledování a kontrola dosažení výukových cílů aj.), • zpětnou vazbu (bezprostřední kontrola, autokontrola, aktivita), • adaptivitu (individuální přístup), • robustnost (jistota provozu, možnosti chybné manipulace aj.).

4.11 Práce s freeware Cíle: Vyzkoušet práci s výukovým programem a zamyslet se nad jeho využitím ve výuce.

Zadání: Vyzkoušejte si práci s některým výukovým programem s chemickou tématikou. Pokud nemáte žádný takový k dispozici, můžete využít volně dostupné programy např. ze souboru Animovaná chemie a pokuste se formulovat jejich možné zařazení do výuky, případně jejich výhody a nevýhody.

4.12 Hodnocení výukového freewaru Cíle: Vyzkoušet práci s hodnotícím nástrojem výukového software EPASoft.

Zadání: Pomocí formuláře EPASoft zhodnoťte výukový program Acidobazické titrace, dostupný jako interaktivní WWW-stránky na adrese http://edu.uhk.cz/titrace a výukovou aplikaci Laboratorní sklo na adrese: http://labsklo.vkatelier.cz .

Strana | 27

5 Modelování a simulace ve výuce chemie Tuto kapitolu úspěšně absolvujete, získáte-li minimálně 60 bodů v úkolech (maximálně 80 bodů) a přidáte-li příspěvek do diskuze.

Cíle: Poznat základní principy počítačového modelování chemických objektů, jevů a procesů. Naučit se pracovat s počítačovou simulací a umět ji využít ve výuce chemie. Naučit se rozeznávat typy počítačových modelů a simulací a poznat způsoby jejich získávání z různých zdrojů.

5.1 Počítačové modelování a simulace ve výuce chemie

Počítačové modelování a simulace ve výuce chemie Počítačové simulace představují experimentování s modely, které formálně logicky nebo matematicky znázorňují modelovaný objekt. Převedení modelu na počítač se realizuje vytvořením simulačního programu, kde je algoritmus dynamického systému přeložen do programovacího jazyka. V úvahu přicházejí následující příklady simulací: • použití simulace pro pochopení podstaty fungování reálného systému, • aplikace simulace ke studiu reálného systému s cílem zjistit vliv podmínek na zkoumaný proces, • využití simulace k náhradě reálných experimentů (zdlouhavých, nákladných, nebezpečných aj.), • aplikace simulace při řešení problémů za daných podmínek nerealizovatelných (např. oblasti „mikrosvěta“ a „makrosvěta“). Počítačová simulace by však neměla za žádných okolností eliminovat reálný experiment z výuky, protože nemůže nahradit přímé pozorování jevů prostřednictvím proveditelných školních pokusů. Její úkol v těchto případech spočívá v zpřístupňování jevů, v názornosti a vytvoření podmínek k získání poznatků z reálného experimentu.

5.2 Grafické modely molekul

Grafické modely molekul Jednou z možností počítačové podpory přírodovědné výuky je tvorba modelů objektů a jevů. Prim v této oblasti hrají tzv. grafické modely a v poslední době zvláště modely molekul. Ve výuce se používají kuličkové, trubičkové nebo kalotové modely, které zpřístupňují především stereochemii molekul a ukazují některé aspekty struktury molekul ve vztahu k jejich reaktivitě. Další možností jsou modely, znázorňující elektronové hustoty a elektrostatické potenciály. Takovéto grafické modely molekul se mohou stát účinným nástrojem demonstrace struktury a vlastností organických sloučenin. Jsou konstruované pomocí různých programů pro grafické modelování (např. PC Spartan Pro) na základě kvantově-chemických výpočtů. Může jít o čtyřdimenzionální modely, znázorňující velikost

Strana | 28

a tvar molekuly včetně určité vlastnosti (elektronová hustota, elektrostatický potenciál), která je vyjádřena pomocí barevné škály (např. červená barva - záporné hodnoty elektrostatického potenciálu, modrá barva - kladné hodnoty elektrostatického potenciálu). Může jít např. o znázornění struktury sloučenin - např. benzenu a jeho derivátů, energetické diagramy např. vnitřní rotace v molekulách vybraných sloučenin, substituční efekt v molekulách - např. arenů, modelování průběhu reakce - např. reakce molekuly methylchloridu s kyanidovým aniontem apod. Grafické modely slouží zvláště jako pomůcky k vytváření představ o struktuře sloučenin a jejího vlivu na jejich vlastnosti.

Obrázek 5.2-1 Modely molekul benzenu a chlorbenzenu s barevným vyznačením hodnot elektrostatického potenciálu

5.3 Počítačové simulace

Počítačové simulace Simulaci lze obecně definovat jako metodu, při níž je zkoumaný dynamický systém nahrazen simulátorem (modelem), s nímž se provádějí experimenty. Počítačová simulace představuje zpracování modelu ve formě přijatelné pro počítač, tj. ve formě matematického nebo formálně - logického modelu zapsaného pomocí programovacího jazyka. Zachovány zůstávají dva neoddělitelné aspekty každého modelu: • zobrazovací aspekt - každý model je určitým znázorněním reálného systému, • zjednodušovací aspekt - každý model obsahuje jen určitou část vlastností modelovaného objektu. Matematické modely užívané v chemii jsou zpravidla výsledkem buď matematického zpracování experimentálních dat, nebo deduktivního postupu vycházejícího ze stávajících teoretických poznatků, vyjádřeného matematickými prostředky, vedoucího k poznatkům novým, více méně korespondujícím s realitou. S respektováním uvedených aspektů tvorby počítačových simulací (často obsahujících také animaci modelovaného objektu) se jeví efektivními pro podporu reálného přírodovědného experimentu zvláště dvě oblasti: • počítačové simulace jako trenažéry experimentálních činností (viz na obr. , kde je screen ze simulace práce se spektrofotometrem), • počítačové simulace jako prostředky ke zkoumání vlivu podmínek na průběh přírodovědných jevů a procesů (např. chemických reakcí).

Strana | 29

Obrázek 5.3-1 Screen ze simulace simulace práce se spektrofotometrem (SPEC20)

5.4 Modely molekul - zpřístupnění učiva nebo komplikace? Zadání: Promyslete využití grafických modelů ve výuce na různých stupních škol z hlediska jejich přístupnosti pro učící se. Přečtěte si nějaký článek v časopise nebo sborníku o modelech molekul (např. http://chemicke-listy.vscht.cz) a pokuste se formulovat závěry o použití grafických modelů molekul ve výuce chemie na různých stupních vzdělávání. Prolistujte učebnice chemie, podle kterých vyučujete a případně další, které buď předcházejí, nebo navazují. Vyskytují se v nich nějaké modely molekul? Jaké a proč zrovna takové? Jaké mohou být výhody počítačových simulací ve výuce přírodovědných předmětů? Na základě textu ve studijních textech této kapitoly, vlastních zkušeností a dalších informací např. z Webu a jiných informačních zdrojů se pokuste formulovat možné výhody a nevýhody používání počítačových simulací ve výuce přírodovědných jevů a procesů. Příklady chemického modelování na Webu • http://www.modelscience.com/ - simulátor laboratorních prací, • http://www.molecules.org/ - modelování chemických struktur, • http://www.uwsp.edu/chemistry/pdbs/ - modely molekul, • http://www.knowledgebydesign.com/tlmc/tlmc.html - orbitaly a jiné modely, • http://www.chem.iastate.edu/group/Greenbowe/sections/projectfolder/simDownload/i ndex4.html - řada příkladů animací a simulací chemických experimentů

Strana | 30

• http://www.colby.edu/chemistry/OChem/DEMOS/EAS.html - simulace s chemickou tématikou, • http://pdf.uhk.cz/kch/modely - modely molekul.

Tipy pro řešení: Pro využití počítačových simulací byla formulována řada předností, které je možné shrnout např. do následujících bodů - počítačová simulace: a) umožňuje rychlou změnou vstupních podmínek uskutečnit v krátkém čase velký počet experimentů, b) odstraňuje poměrně velkou nestabilitu podmínek reálného experimentu, c) zabezpečuje úspěšnost „sledování“ průběhu jevu se stoprocentní jistotou dosažení výsledku dle nastavených parametrů, d) dává všem studentům možnost vstupovat do průběhu experimentu pomocí vlastní volby jeho podmínek, e) zabezpečuje okamžitou zpětnou vazbu při chybných krocích i správných reakcích v souvislosti se studovanou problematikou, f) napomáhá rychlému a objektivnímu zhodnocení připravenosti studentů na laboratorní cvičení, g) zamezuje poškození experimentálního zařízení nebo úrazu, způsobených neopatrnou nebo nesprávnou manipulací s ním, aj.).

5.5 Práce se simulátorem Vyzkoušejte si acidobazickou titraci se simulátorem TTT.

Cíle: Zvládnout práci s počítačovou simulací - modelem laboratorní činnosti - acidobazické titrace.

Zadání: Proveďte několik simulovaných acidobazických titrací s programem TITRATION TROCKEN - TRAINING (program je v němčině, můžete využít jakýkoliv Vámi známý jiný simulátor; stáhněte si soubor „trocken.exe“). Můžete si též v programu zvolit vysvětlení a návod k provedení titrace v elementární němčině. Zvládněte titraci na hodnocení alespoň 80 %. V případě nejasností, nebo problémů s obsluhou založte diskuzi nebo využijte některé ze založených diskuzí.

Návrh řešení: Před provedením titrace je možné shlédnout vysvětlení a stisknutím příslušného čísla zvolit „vítěznou hymnu“, kterou počítač zahraje při excelentním provedení simulované titrace (hodnocení nad 95 %, hodnotí se čas a počet stisků kláves). Titrace se startuje stisknutím některé z kláves - „mezerník“ = plný přítok z byrety (velké riziko „přetitrování“) a „kursordolů“ = po kapkách (riziko velkého počtu stisků klávesy). Je tedy třeba kombinovat obojí způsob. Konec titrace se indikuje stisknutím klávesy „enter“. Dále se odečte na výřezu byrety spotřeba NaOH (nutno zadat na dvě desetinná místa) a nakonec se určí koncentrace předložené kyseliny (jsou generovány různé koncentrace, tj. různé úlohy na spotřebu roztoku NaOH).

Strana | 31

6 Počítačem podporovaný školní chemický experiment Tuto kapitolu úspěšně absolvujete, získáte-li minimálně 45 bodů v úkolech (maximálně 60 bodů) - za každou zpracovanou úlohu můžete získat maximálně 20 bodů.

Cíle: Poznat základní principy měření fyzikálních a fyzikálně-chemických veličin s pomocí počítače a zvládnout měření s vybraným měřícím systémem. Umět připravit laboratorní úlohu s počítačem podporovaným měřením vybrané veličiny a zařadit ji do učiva chemie na příslušném stupni vzdělávání.

6.1 Počítačem podporovaný školní chemický experiment

Počítačem podporovaný školní chemický experiment Počítačové měřicí systémy představují přímé spojení reálného experimentu s počítačem, tj. využití počítače ke snímání, uchovávání a pracování měnících se hodnot fyzikálních veličin a jako řídicího média při automatizaci experimentální činnosti. K nutnosti jejich využívání i ve škole vedou hlavně následující důvody: přímá podpora experimentální činnosti tj. snímání hodnot měřených veličin v průběhu experimentu tj. v reálném čase, okamžité vyhodnocení a následné uchování experimentálních dat, přiblížení použití počítačů v automatizovaných systémech řízení technologických procesů výroby, osvojení si metod získávání informací a jejich zpracování pomocí počítače a jeho periferií, náhrada mnoha drahých laboratorních přístrojů. Spojení reálného experimentu tj. v něm použitého technického zařízení, přístroje nebo aparatury s řídícím a registračním zařízením je realizováno buď přivedením digitálních dat přímo na vstupní port zařízení nebo počítače, nebo v případě analogových dat užitím základních komponent řízených automatizovaných systémů - speciálních počítačových periférií - A/D - analogově - digitálních a D/A - digitálně - analogových převodníků, které daný analogový signál digitalizují. A/D a D/A převodníky jsou tedy zařízení sloužící k registraci dat měnících se fyzikálních veličin v probíhajícím experimentu a k ovlivňování reakčních podmínek prostřednictvím ovládaných akčních členů . Pomocí počítače a A/D převodníku mohou být měřeny veličiny, které je možné měnit na proporcionální elektrický signál. Proto přichází v úvahu kromě měření elektrických veličin i měření teploty, tlaku, hmotnosti, tečných napětí, pH, vodivosti, intenzity osvětlení aj. A/D převodník je při těchto měřeních spojen na vstupu s měřícím čidlem (elektrodou, snímačem, apod.) nebo výstupem z daného měřicího přístroje a na výstupu s počítačem, kterému transformovaný signál předává. D/A převodník umožňuje transformaci digitální informace z počítače (výsledku programové instrukce) na analogový signál ovládající akční člen. Pro aplikace ve školní praxi jsou vyvíjeny počítačové měřící systémy, které nahrazují drahé profesionální komplexní hardwarové a softwarové systémy používané v moderní výrobní praxi .

Strana | 32

Příloha 1 - Měření vybraných veličin.

Obrázek 6.1-1 Schéma propojení reálného experimentu a počítače

Obrázek 6.1-2 Počítačová učebna adaptovaná pro výuku přírodních předmětů

6.2 Hardware počítačových měřicích systémů

Hardware počítačových měřicích systémů Počítače odvozují svůj název od schopnosti zpracovávat číselné údaje. Každý vstup, který má být počítačem zpracován, musí být transformován na číselný údaj. V přírodovědném vyučování se při registraci veličin pomocí počítače vyskytuje problém, který se týká snímání kontinuálních změn napětí, intenzity proudu, teploty atd. Při měření napětí (nebo veličin převoditelných na napětí) je třeba použít přístroj, který přiváděné napětí mění na číselný údaj zpracovatelný počítačem. Přístroj, který zprostředkovává tuto

Strana | 33

přeměnu, se nazývá analogově - digitální převodník, krátce A/D převodník. Podobné A/D převodníky jsou k dispozici také v měřících přístrojích s digitálním ukazatelem, známé z používání v chemických a fyzikálních laboratořích. Na jakosti A/D převodníku závisí kvalita měření napětí s počítačem. Také z pH-metru, teplotního měřicího přístroje, fotometru nebo jiného měřicího přístroje s popsaným výstupem vychází napěťový signál, který musí být přeměněn A/D převodníkem na digitální signál. Získávání hodnot měnících se veličin v prováděných experimentech se týká načítání výstupního napětí čidel. To znamená, že je nutné používat taková čidla, která svým výstupem nepřekračují vstupní rozsah převodníku, nebo je nutné použít mezičlánek nazývaný předzesilovač nebo modul. Různých čidel je v experimentech užíváno pro měření potenciálu, teploty, vodivosti, pH, objemu plynných látek, fotometrických veličin, tečných napětí, snímání hodnot z digitálních vah a dalších přístrojů užívaných v laboratořích. Moduly, připojované na výstupu k A/D převodníku a na vstupu k příslušným vývodům čidel jsou zaměnitelné, což je výhodné pro rychlou změnu měřícího zařízení pro měření jedné veličiny za zařízení pro měření veličiny jiné. Existují v zásadě dva základní způsoby připojení měřících přístrojů k počítači: 1. Vlastní měřicí přístroj je vně počítače a je s ním spojen přes standardní rozhraní. Využívány jsou následující druhy rozhraní: sériová rozhraní RS 232C - jimiž jsou v současné době vybavovány všechny počítače typu IBM PC, označovány jsou COM1 a COM2 a obvykle přes toto zařízení bývá připojena myš, rozhraní IMS 2 (IEEE 488), které umožňuje připojení až 15 měřících přístrojů na jedno rozhraní, nutné je však dokoupení desky IMS 2, paralelní rozhraní CENTRONICS, přes které je obvykle připojena k počítači tiskárna, je možné přes něj snadno a levně připojit programovatelný zdroj napětí (D/A převodník), aj. V současné době je na trhu řada multimetrů, které jsou vybaveny rozhraním RS 232C. Mohou se díky digitálnímu displeji používat jako klasické multimetry (avomety) nebo být připojeny uvedeným způsobem k počítači. Z dalších přístrojů můžeme jmenovat řadu digitálních vah, fotometrů a jiných přístrojů vybavených rozhraním RS 232C. U řady přístrojů si může uživatel při nákupu vybrat, zda požaduje versi bez rozhraní, s RS 232C nebo IMS 2. 2. Do základní desky počítače se zasouvá karta (s A/D a D/A převodníky, s digitálními vstupy a výstupy), ke které se připojují měřené signály a ovládané akční členy. Toto řešení je v současné době vzhledem k cenové dostupnosti a didaktické realizaci ve formě komplexních měřících souprav nejčastěji používané ve školní praxi. Jednotlivé systémy založené na uvedeném principu jsou stručně popsány v příloze 1 “Popis vybraných školních měřících systémů“. Příloha 1 - Popis měřících systémů. Příloha 2 - Měřicí systém MAGIC XBC , další informace na internetové adrese www.gryf.eu

Strana | 34

Obrázek 6.2-1 Měření pH s podporou systému CMS

6.3 Software počítačových měřicích systémů

Software počítačových měřicích systémů Uvedená aplikace počítačů ve vyučování přináší také problém použití vhodného software. Existuje řada softwarových balíků z průmyslové praxe, využitelných pro tvorbu řídících komplexů v technologických procesech, ale poměrně značná komplikovanost a svázanost se speciálními periferiemi znesnadňuje jejich školní využití. Proto má softwarové vybavení školních počítačových měřících systémů několik základních atributů, na které je kladen zvláštní důraz zejména z hlediska jednoduchosti a názornosti. Těmito atributy jsou zvláště:  digitální znázornění veličin v dostatečné velikosti a grafický záznam na monitoru buď současně, nebo v přepínatelném režimu,  možnost realizace srovnání podobných měření, tj. současné znázornění několika naměřených souborů dat uložených na disku nebo porovnání se souborem dat získaných simulací reálného experimentu,  možnost provedení výřezu grafického záznamu, jeho zvětšení na monitoru a jednoduché zpracování dat,  realizace měření ve dvou základních režimech práce - v časových intervalech nebo po krocích. Každý takový měřící program je možné rozdělit zpravidla na 3 základní části: a.měření zvolené veličiny - MĚŘENÍ b.práce s datovými soubory - DATA, c.zpracování dat - ZPRACOVÁNÍ

Strana | 35

Část MĚŘENÍ slouží k nastavení nebo kontrole parametrů prováděného experimentu. Jednotlivé parametry jsou voleny buď postupně, nebo najednou formou dialogového okna . Režim DATA umožňuje práci s naměřenými daty uloženými v souborech tj. jejich zobrazení a „zoom“, ukládání a načítání, výstup na tiskárnu nebo zapisovač. Úpravy a zpracování naměřených dat se provádějí v části ZPRACOVÁNÍ. Programy obsahují dle svého určení různé možnosti práce s daty, od pouhého zobrazení nebo spojení jednotlivých hodnot přes proložení aproximačními křivkami až po složitější statistické operace. Jednotlivé programové části obsahují zpravidla tři typy položek k nastavení parametrů a ovládání průběhu programu. Jsou to: a) přepínací položky - obsah položky se mění stisknutím klávesy „enter“ nebo pohybem kursoru po inzerovaných hodnotách, tj. všechny hodnoty jsou předdefinovány a po každém stisku se cyklicky zaměňují, b) editační položky - nový obsah je možné vložit jedině přepsáním původního zadání (editací), zadávány jsou buď textové, nebo číselné údaje, c) výběrové položky - po volbě této položky je zobrazeno další okno, po jeho opuštění se může změnit hodnota položky v závislosti na předchozí operaci. Jak již bylo v úvodu této kapitoly uvedeno, je možné měřit danou veličinu ve třech základních režimech práce:  měření v časových intervalech,  měření v předem zvolených intervalech jiné veličiny (tzv. poloautomatická měření zápis hodnoty měřené veličiny např. po každém stisknutí klávesy, kliknutí myši, apod.),  měření dané veličiny v závislosti na jiné měřené veličině (minimálně dvoukanálová měření). Novými trendy ve vývoji software je několik aspektů, jejichž potřebu přineslo používání výchozích versí různých softwarových produktů včetně inspirace profesionálními softwarovými balíky: 1) universální software - po příslušném nastavení parametrů zobrazení a odpovídající kalibraci měřit různé fyzikální veličiny, 2) využívat tzv. „config“ experimentu - předem vytvořený a uložený konfigurační soubor, který odpovídá volbě všech parametrů v daném experimentu, 3) analýza a zpracování dat odpovídající možnostem programovacích jazyků (unitů) a autorských systémů, 4) integrace podpůrných programů (ovladače, kalibrace a kalibrační soubory), 5) vytváření různých pomocných „maker“ a ovladačů k ulehčení manipulace s programem a komponentami aparatury (např. makra k opakování měření, odečtení příslušných dat, derivaci křivek, aj. ovladače pro úrovňové spouštění měření - tzv. trigger apod.).

Strana | 36

Obrázek 6.3-1 Dialogové okno pro volbu podmínek datového záznamu při probíhajícím experimentu (ISES-Win)

Obrázek 6.3-2 ISES záznam z měření pH při acidobazické titraci HCl-NaOH - 0,1 mol/l

Strana | 37

6.4 Co můžeme s počítačem měřit? Cíle: Ujasnit si principy a podmínky měření fyzikálních a fyzikálně chemických veličin pomocí počítače.

Zadání: Jaké jsou nejdůležitější podmínky realizace měření veličin s počítačem? Zamyslete se a napište, které veličiny by bylo možné s počítačem měřit a jak toto měření „hardwarově“ zajistit. Své myšlenky si zapište včetně schémat a dalších nápadů a výsledky konfrontujte s informacemi v příloze „Měření vybraných fyzikálních veličin“ (v prvním studijním článku této kapitoly).

6.5 Měření tepelné kapacity kalorimetru Cíle: Naučit se připravit laboratorní úlohu s počítačem podporovaným měřením teploty (měření veličiny v závislosti na čase).

Zadání: Navrhněte návod pro určení tepelné kapacity improvizovaného kalorimetru (např. plastového kelímku) s využitím kalorimetrické rovnice pro měření teploty s počítačovou podporou. Zpracujte písemně tento návod a potom ho porovnejte s návodem pro měření se soupravou CMS na adrese .

6.6 Titrační křivka acidobazické reakce silná kyselina - silná zásada Cíle: Naučit se připravit laboratorní úlohu s počítačem podporovaným měřením pH (kroková měření).

Zadání: Navrhněte návod pro proměření titrace silné kyseliny (např. HCl) silnou zásadou (NaOH). Zpracujte písemně tento návod a potom ho porovnejte s návodem pro měření se soupravou CMS na adrese .

Strana | 38

7 Výkladový slovník vybraných pojmů 7.1 A A/D převodník - zařízení na převod analogového (spojitého) signálu na signál digitální (diskrétní, číslicový). Nejčastěji převáděným analogovým signálem je napěťový signál, např. přicházející z měřicího přístroje nebo měřícího čidla. Na jakosti A/D převodníku závisí kvalita realizovaného měření, tj. jeho přesnost a rozsah. V chemii i ve výuce chemie je A/D převodník využíván jako základní komponenta zařízení pro měření s počítačem (v) k realizaci cesty od chemického experimentu k počítači, tj. k registraci napěťového signálu z čidel a měřících přístrojů při měření teploty, pH, vodivosti, hmotnosti aj. Algoritmus - jednoznačný a srozumitelný, většinou logický nebo matematický postup, použitý pro řešení problému. Musí splňovat zvláště následující podmínky: elementárnost - dílčí kroky postupu jsou na dané úrovni základní (elementární); determinovanost - v každém okamžiku musí být jednoznačně určena další činnost (krok); konečnost - postup končí po provedení konečného počtu kroků; orientace na výsledek - konečný počet správně provedených kroků vede k dosažení předem definovaných výsledků; hromadnost - postup je použitelný pro celou třídu dovolených vstupních údajů. Algoritmy se využívají ve výuce chemie např. při nácviku tvorby názvů a vzorců chemických sloučenin, postupů při chemických výpočtech, hledání informací v chemických databázích apod. Animace počítačová - viz počítačová animace.

7.2 C CD-A (Compact Disc - Audio) - diskové záznamové médium s možností uchování a reprodukce zvukového záznamu. Zvukový záznam je kódovaný v digitální formě (digitalizace (v)). V přehrávači (zařízení pro čtení CD-A, správně označovaném jako CD-Aplayer (v)) čte záznam laserový svazek. Vzniká digitální signál, který se následně transformuje pomocí A/D převodníku (v) na analogový zvukový signál. Kapacita disku bývá až 700 MB záznamu, což odpovídá více než 60 minutám zvukové nahrávky ve vynikající kvalitě. Označení CD se někdy užívá v obecném smyslu jako technologie záznamu a čtení dat pomocí laserového paprsku. Ve výuce chemie je možné využít zvukových záznamů autentických událostí chemické historie, záznamů z konferencí, diskusí, přednášek významných chemiků apod. CD-player - přehrávač kompaktních disků (CD-A (v), CD-ROM (v) nebo CD-RW, nebo všech variant). CD-R (Compact Disc Recordable) - zařízení pro ukládání dat na kompaktní disky - CD-A (v) či CD-ROM (v), v hovorovém jazyce „vypalovačka“. CD-ROM (Compact Disc - Read Only Memory) - diskové záznamové médium (kompaktní disk), používané jako vnější paměťové médium k uchování a reprodukci programů a datových souborů na počítači. Kapacita CD-ROM bývá kolem 700 MB, její velikost i princip záznamu jsou shodné s CD-A (v). Označení ROM znamená tzv. permanentní

Strana | 39

paměť, tedy nemožnost smazání nebo přepis obsahu CD-ROM novým záznamem. Pro čtení dat z CD-ROM se používá speciální přídavné zařízení (mechanika CD-ROM, CD-ROM drive), instalované k počítači buď externě, nebo interně. CD-ROMy se vzhledem k velké kapacitě (až 1000krát větší než diskety) využívají pro distribuci větších souborů dat, programového vybavení atd. Pro chemii a výuku chemie jsou na CD-ROMech distribuovány počítačové programy, soubory freeware (v) a shareware (v), databáze chemikálií, chemických zařízení apod. K vytvoření trvalého záznamu (tj. nemožného přepisu ani vymazání) se využívá v privátních podmínkách tzv. „vypalovačka“ - CD-R (v). CD-RW - diskové záznamové médium (kompaktní disk), používané jako vnější paměťové médium k uchování a reprodukci programů a datových souborů na počítači. Na rozdíl od CD-ROM (v) umožňuje CD-RW přepis obsahu média novým záznamem. Courseware - počítačové programy a data - software (v) - pro počítačem podporované vzdělávání. Crippelware - je specifickým případem shareware (v), který má ve zkušební době omezeny některé funkce. Plná funkčnost programu je získána až na základě provedené registrace.

7.3 D D/A převodník - zařízení na převod digitálního (diskrétního, číslicového) signálu na signál analogový (spojitý, nejčastěji napěťový). V chemii i ve výuce chemie je D/A převodník využíván jako základní komponenta měření s počítačem (v) pro realizaci cesty od počítače k chemickému experimentu, tj. zvláště automatické ovládání akčních členů (automatické byrety, zahřívání, míchání apod.). Digitalizace - převádění spojitých (analogových) signálů na signály diskrétní (digitální). Pod pojem digitalizace se v obecném smyslu zahrnuje princip zpracování nejrůznějších informačních materiálů pomocí počítače. Dnes je možné digitalizovat kromě textů a grafiky i videosignál, zvukový signál, televizní signál včetně satelitního příjmu, analogové výstupy měřících přístrojů a čidel v laboratorní praxi a další. K provedení digitalizace určitého analogového (spojitého) signálu, tj. jeho převedení na signál digitální (diskrétní), se využívá analogově-digitální (A/D) převodník (v). Zpracování zvuků se označuje jako samplování či vzorkování. K digitalizaci se používají skenery, digitální fotoaparáty, digitizéry a další digitální technika (v). Digitální technika - technika založená na zpracování digitálního (číslicového) signálu. Digitální signál je tvořen pomocí nespojitých (diskrétních) stavů fyzikálních veličin, zvláště napěťovými nebo proudovými impulsy. K jejich zpracování se v současnosti používají polovodičové integrované obvody, které provádějí logické paměťové a řídící funkce. Propojováním těchto obvodů jsou konstruovány výkonné počítače a nejrůznější počítačové a jiné systémy. Digitální technika se vyznačuje vysokou kvalitou záznamu, uchování a přenosu dat, paměťovou kapacitou a přenosovou rychlostí.

7.4 E ECDL - The European Computer Driving Licence - tzv. Evropský řidičský průkaz pro práci s

Strana | 40

ICT - standard kompetencí práce s počítačem. Je to mezinárodně uznávaná standardizovaná metoda ověření počítačové gramotnosti. Byl vytvořený a přijatý v zemích EU v rámci programu e-Europe a e-Learning jako reakce na problémy spojené s prudkým rozvojem informačních a komunikačních technologií. Zahrnuje kompetence ovládání počítače a jeho periférií, zpracovávání textů, práci s tabulkovým procesorem, databází a službami Internetu (v).

Elektronická pošta - viz e-mail.

Elektronické diskusní skupiny - jsou počítačem zabezpečované služby na bázi elektronické pošty (v) (e-mailu (v)), využívané skupinami lidí ke vzájemné komunikaci na společné téma. Diskusi řídí správce diskusní skupiny, kterému jsou zasílány příspěvky do diskuse, a on je pak rozesílá jednotlivým členům diskusní skupiny. Správcem nemusí být skutečný člověk, ale automaticky fungující program, který bývá označován jako listserver. Elektronické diskusní skupiny se mohou dělit na elektronické seznamy a elektronická diskusní fóra buď moderovaná, nebo nemoderovaná. Přihlášení do diskusní skupiny se provádí elektronickým dopisem, který se zašle na administrativní adresu skupiny. Diskusní skupinou se školskou tématikou (administrativní adresa; poštovní adresa) je např. diskuse středních škol ([email protected] <mailto:[email protected]>; [email protected] <mailto:[email protected]>), přehled českých elektronických konferencí věnovaných vzdělávání lze získat na adrese . Seznamy diskusních skupin obsahující skupiny s chemickou tématikou jsou např. na adrese: . Elektronické konference - viz elektronické diskusní skupiny. E-mail (elektronická pošta) - počítačem realizovaná služba, která umožňuje tvorbu, zasílání, příjímání a postupování zpráv, včetně možnosti okamžitých odpovědí na došlé zprávy. Uživatel, který chce využívat elektronickou poštu, musí být propojen s počítačem (počítači) v síti a musí mít zřízenu svoji adresu, většinou tzv. poštovní schránku na některém poštovním serveru. Adresa na poštovním serveru mívá zpravidla tvar jmeno@poštovníserver <mailto:jmeno@poštovníserver>. Např. [email protected] <mailto:[email protected]>, e-mailová adresa Martina Bílka na poštovním serveru Univerzity Hradec Králové (UHK - tzv. doména „uhk“) v České republice (tzv. doména „cz“). Kromě zřízení vlastní adresy potřebuje uživatel i program, který poštu čte, odesílá, případně nabízí další služby (tvorbu a zpracování zpráv, zasílání souborů připojovaných k odesílaným dopisům, diář, adresář atd.). Nejznámějšími programy pro realizaci elektronické pošty jsou Microsoft Outlook a Pegasus Mail. Na bázi e-mailu pracují tzv. elektronické konference (v) neboli elektronické diskusní skupiny (v). Učitel chemie může využívat e-mail k zasílání zpráv, které obsahují např. odborné informace (v), organizační pokyny (pokyny k uskutečňované exkurzi do chemického závodu, oznámení změn v učebních plánech), písemné materiály, skripta, objednávky pomůcek (v), výměnu informací (v) mezi učitelem a rodiči žáka, výměnu dat v rámci projektů na Internetu (v) (např. teleprojektů (v) zaměřených na regionální monitoring životního prostředí), učitel může žákovi oznamovat např. termíny písemných prací, termíny odevzdání zadaných prací, může žáka informovat o mimoškolních akcích. Žák může prostřednictvím e-mailu odevzdávat písemné práce, referáty, řešení úloh chemické olympiády apod. Další využití e-mailu přináší ve velkém rozsahu tzv. distanční vzdělávaní - „učení na dálku“.

Strana | 41

7.5 F Freeware - je druh programového vybavení počítače (počítačových programů), který autoři dávají k dispozici uživatelům bez licenčního poplatku. Obsahuje zpravidla kontakt na autora s prosbou o případné dobrovolné zaslání určité finanční částky za užívání programu.

7.6 G Grafika počítačová - část informatiky (v), zabývající se tvorbou obrazů a zpracováním obrazových informací pomocí počítače. V chemii a její výuce má počítačová grafika významnou roli při efektním a efektivním zobrazování oblasti makrosvěta, mikrosvěta i abstraktních jevů. Např. kreslení chemických aparatur, kreslení strukturních chemických vzorců, tvorba modelů molekul apod. Kromě standardních grafických programů (např. CorelDraw, CAD systémy aj.) existují programy specificky zaměřené na oblast chemie, např. ACD/ChemSketch 5.0 nebo ISISDraw pro kreslení chemických struktur, PC Spartan Pro pro tvorbu modelů molekul aj.

7.7 H Hardware - je souhrn hmotných technických prostředků umožňujících nebo rozšiřujících provozování technického systému. Hardware v oblasti informačních technologií (v) je sám počítač se svými komponenty (paměť, základní deska s obvody, záznamová média, periferie, vstupně - výstupní zařízení, přídavné karty), tiskárny, sítě a další speciální zařízení. Hardware ve smyslu počítačové technologie je vše kromě programového vybavení - software (v). V širším přeneseném významu se někdy pojem hardware používá v pedagogice (didaktice) jako synonymum po didaktickou techniku. Hypermédia - jsou multimédia (v) ve formě hypertextů (v). Uzly obsahují nejen texty, ale i další multimediální komponenty, jako např. počítačovou grafiku, audio (v) a video (v). Od multimédií se odlišují tím, že jsou strukturované a navzájem pospojované vazbami (linky), a tak má uživatel možnost dostat se operativně k potřebným informacím. Hypertext - text s nelineární strukturou. Je to síť textových informací reprezentovaná odkazy ve formě uzlů, linek, kotev aj. Hypertext je možné číst tzv. nelineárním způsobem, tj. pomocí navigace, listováním v historii navštívených uzlů, záložek, indexů, filtrů, map aj.

7.8 CH Chemická informatika - se zabývá prací s informacemi, které se týkají chemie. V klasické podobě se zaměřuje převážně na chemickou literaturu. V současné době toto pojetí ovlivňuje digitalizace (v) a zvláště Internet (v), který poskytuje prostřednictvím svých služeb databáze chemických sloučenin, chemických vzorců, chemické literatury, chemických výrobků apod.

Chemické editory - jsou počítačové programy - software (v) - klasifikované v současnosti do následujících typů: -

Editory chemických vzorců - umožňují psát různé vzorce chemických sloučenin

Strana | 42

-

-

(v). K tomuto typů patří např. ChemF, C-Design, Chem-Window, Moldraw, ISISdraw či ChemSkatch. Editory struktur - umožňují zobrazovat strukturu dané molekuly (v) nejčastěji prostřednictvím kuličkových, kalotových, tyčinkových nebo i čtyřdimenzionálních modelů (v) a dále s vytvořenou strukturou (v) interaktivně pracovat (otáčet, zmenšovat, substituovat vybrané atomy apod.). K těmto programům patří např. Molpic, Moplo-Dos, Rasmol, WinChem, Chem3D, HyperChem či Spartan. Editory spekter - např. program SpektraBook, který modeluje principy různých typů spekter, včetně spekter pro různé typy sloučenin. Editory schémat (Tools) - např. program Chemtool, pomocí něhož je možné kreslit laboratorní aparatury (v), či Etikett, určený na tvorbu nálepek na prachovnice a reagenční lahve.

Chemické výukové (didaktické) programy - jsou počítačové programy využitelné ve výuce chemie. Mají především následující funkce: -

-

provádění chemických výpočtů (v) - žák i učitel jsou osvobozeni od rutinních výpočtů - po zadání vstupních údajů (v) do počítače (v) jsou provedeny potřebné operace a velmi rychle poskytnuté výstupní hodnoty, prezentování učiva, modelování (v) a počítačová simulace (v) - učivo je podobně jako v učebnici (v) zobrazené na monitoru pomocí textu, grafiky, videa apod., učení se řešením problémů (v) - žáci mohou pomocí počítače experimentovat (v), rozhodovat se a řešit problémy (v), opakování učiva, nácvik dovedností, kontrola výukového procesu (v) a učení se (v), zpětná vazba (v) - např. aplikace didaktických testů (v) aj., komunikační funkce - komunikace v rámci školní sítě, nebo celosvětové „sítě sítí“ - Internetu (v).

Chemický výukový software - viz chemické výukové programy. Chemotronika - obor zabývající se konstrukcí chemických zařízení, který využívá matematické modelování jejich jednotlivých subsystémů, jejich rozhodujících parametrů a možností matematického propojení jednotlivých subsystémů a modelování zařízení jako celku. Jednotlivé subsystémy bývají modelovány s využitím dostupného programového vybavení v oblasti CAD (např. Pro/Engineer), modelování a simulací (např. Matlab, Sipro). Ve strojírenské technologii je analogickým oborem mechatronika.

7.9 I Informační a komunikační technologie (ICT) ve vzdělávání - výpočetní a komunikační prostředky, které různými způsoby podporují výuku, studium a další aktivity v oblasti vzdělávání. Jsou to technologie (v), které souvisí se sběrem, zaznamenáváním a výměnou informací. Informační gramotnost - schopnost člověka využívat moderní informační technologie a prostředky jako uživatel v běžných podmínkách. Pojem informační gramotnost dostává neustále nový obsah s prudkým rozvojem informačních technologií (v). Jako součást informační gramotnosti je často uváděna i znalost anglického jazyka, který je celosvětově

Strana | 43

uznávaným komunikačním jazykem informačních technologií (v). Praktickým efektivním nástrojem pro podporu informační gramotnosti se jeví informační výchova (v). Informační společnost - společnost založená na informacích a na informačních technologiích a na jejich průniku a využití ve všech oblastech společnosti, společenských procesech a společenském životě. Všechny aspekty života v informační společnosti jsou závislé na přístupu k informacím takovým způsobem, že se zásadně mění společenské vztahy a procesy. Informační technologie - je obecné označení počítačových a komunikačních oborů. Jsou to metody, postupy a způsoby registrace, uchování, zpracování, ověřování, vyhodnocování, výběru, distribuce a včasného doručení potřebných informací v požadované formě a kvalitě. V širším slova smyslu lze pod pojem informační technologie zahrnout technické a programové prostředky, které zabezpečují nebo podporují výše uvedené činnosti. Informační výchova - je záměrný a plánovitý proces přípravy člověka na tvorbu, získávání, zpracování a využívání informací v osobním životě, při studiu a v práci. Má za cíl zvláště naučit uživatele samostatně pracovat s informacemi, zejména s jejich obsahy, naučit je vyhledávat a využívat efektivně všechny dostupné informační zdroje, pracovat s nástroji vyhledávání, využívat služeb knihoven a informačních institucí, návykům pravidelného sledování odborné literatury, dostupné i v elektronické podobě a využívat informace při studiu, v práci i v osobním životě. Informační výchova může mít různé podoby. Kromě vedení k efektivnímu a správnému využívání informací ve všeobecně vzdělávacích a odborných předmětech a zvláště v předmětech informatického zaměření, to mohou být i exkurze v knihovně s výkladem o službách a fondech knihovny; jednorázová, průběžná, tematická školení se zaměřením např. na vyhledávání v určité databázi, využívání služby na dodávání digitalizovaných dokumentů apod.; přednášky a cvičení; praktické využívání a přehled dostupných informačních zdrojů ke studiu a k práci; praktické využívání elektronických informačních zdrojů (katalog, databáze, digitální knihovny, internet, intranet); znalosti správné bibliografické citace. Informační výchova (uživatelů) v chemii - viz výchova informační v chemii. Informatika - vědní obor, zabývající se strukturou, vlastnostmi, využitím, automatizací shromažďování, uchování, zpracování a vyhledávání informací. V širším slova smyslu se informatice přisuzuje význam vědy o teoretických aspektech uplatňování výpočetní techniky (v) ve všech sférách lidské činnosti, o jejím matematickém a programovém zabezpečení a o teoretických základech a metodách tvorby programového vybavení počítačů. Informatika chemická - viz chemická informatika. Internet - je v nejširším slova smyslu „síť sítí“ neboli celosvětové propojení počítačových sítí, v nichž pracují jednotlivé počítače jednak jako servery (zpravidla poskytovatelé informací, realizátoři služeb), jednak jako klientské stroje (zpravidla uživatelé informací a služeb). Existuje celá řada služeb poskytovaných Internetem, které mají shodnou podstatu: zaslání dat směrem ke klientovi na jeho žádost. Data cestují také směrem od klienta k serveru - to jsou především veškeré žádosti a dotazy, ale mohou to také být údaje o uživateli, jako je třeba poštovní adresa pro zaslání zboží, přístupové heslo k

Strana | 44

využití služby aj. Ve spektru všech možných internetových služeb hrají v současnosti nejdůležitější roli World Wide Web (v) a elektronická pošta e-mail (v). Služby Internetu poskytují tzv. zprostředkovatelé (provideři) buď prostřednictvím telefonního spojení (s přídavným zařízením k počítači tzv. modemem) nebo tzv. pevnou linkou. Pro učitele chemie, stejně tak jako pro učitele jiných předmětů, představuje Internet zintenzívnění a rozšíření informačních toků o aktuálních výukových zdrojích z domova i ze zahraničí.

7.10 K Komputerizace - zavádění počítačových technologií do určitých oblastí lidské společnosti. Např. komputerizace vzdělávání, školství, výuky chemie, ale i výroby, veřejné správy apod. Kurzy internetové - kursy výuky různého obsahu založené na využití technologií Internetu (v), zvláště WWW (v) a e-mailu (v). Kurzy multimediální - kurzy výuky různého obsahu založené na využití multimédií (v).

7.11 M Měření s počítačem - je přímé spojení počítače s přírodovědným experimentem. Prostřednictvím speciálních počítačových periferií A/D (analogově-digitálních) převodníků (v) a D/A (digitálně-analogových) převodníků (v) je možné signál z měřících přístrojů a čidel okamžitě (on-line) převést do počítače a následně jej zpracovat a uchovat. Principielně je takto možné měřit všechny veličiny, které lze převést na měření elektrických veličin, registrovatelných počítačovým vstupním zařízením (vstupním portem) a napěťově ovládat akční členy prostřednictvím elektrických signálů vysílaných z výstupních zařízení počítače (výstupních portů). I ve školních podmínkách jsou známa měření teploty, pH, vodivosti roztoků, fotometrických veličin, hmotnosti, polohy, optické otáčivosti, radioaktivity aj. a ovládání elektromagnetických uzávěrů (např. automatické byrety), termostatů a jiných tepelných zdrojů, pohonů míchadel apod.

Metoda počítačová - viz počítačová metoda.

Model počítačový - znázornění reálného objektu nebo jevu pomocí matematického nebo formálně logického modelu na počítači. Interaktivní počítačové modely se nazývají počítačové simulace (v).

Multimédia - v dnešním slova smyslu představují integraci různých médií - předmětů, modelů, textu, grafiky, zvuku, animací a videa za účelem zprostředkování informací pokud možno s interaktivním režimem. Interaktivitu a kombinaci různých médií je možné výhodně zajistit využitím počítačové techniky. Proto převládají v poslední době definice pojmu multimédia, vztažené k počítači a jeho periferiím. Multimédia jsou potom počítačem integrovaná časově závislá nebo nezávislá média, která mohou být interaktivně, tzn. individuálně a selektivně vyvolávána a/nebo zpracovávána. Komponenty multimédií lze dělit z hlediska zobrazení na statická a dynamická, z hlediska

Strana | 45

zásahu do průběhu na interaktivní a neinteraktivní. Počítačové zpracování multimédií je založeno na digitalizaci (v) jednotlivých komponent (médií).

Multimediální (elektronická) lekce je výuková jednotka realizovaná pomocí multimédií. Zpravidla bývá zpřístupněná na stránkách Internetu (v) či záznamem na CD-ROMu. Může se skládat z několika samostatných částí, které jsou vhodně pospojované s využitím hypertextu (v).

Multimediální chemické aplikace zahrnují zvláště využití počítačové a přídavné projekční techniky: -

při prezentaci laboratorních experimentů (v) v učebnách a laboratořích (v), místo tabulí hlavně v organické chemii (v) a biochemii (v), při počítačových animacích (v), které demonstrují vybraná chemická témata, při podpoře příprav na vyučování.

7.12 P Playerdisc - viz CD-player.

Počítač - jeden ze základních typů hardware (v). Podobně jako v jiných oblastech lidské činnosti, tak i v chemii a jejímu vyučování slouží: -

k vytváření médií (v) (textů, grafiky (v), pracovních listů (v), zvuků, animace (v) aj.), - k získávání informací (v) (z různých služeb Internetu (v), datových nosičů), - k prezentování informací (v) pomocí různých médií (v) (elektronické prezentace (v), modely (v), Internet (v)). Informace jsou zpracovávané pomocí lokálního software (v) nebo jsou poskytované síťovými službami, především Internetem (v).

Počítače ve výuce chemie - zahrnují využití počítače a jeho periferií při plánování, realizaci a hodnocení výuky chemie na všech úrovních chemického vzdělávání. Jedná se zvláště o aplikace počítače jako pomocného prostředku při výuce (prezentace učiva, testování, databáze aj.) a jako řídícího prostředku učení (výukové programy - tutory). Ve výuce přírodovědných předmětů přichází v úvahu při respektování charakteru těchto předmětů i počítačová podpora experimentální činnosti. Jedná se zde o zpracování experimentálních dat, počítačové simulace (v) a měření s počítačem (v).

Počítačová animace - animace (v) realizovaná počítačem neboli sekvence počítačem generovaných obrázků. Pohyb v animaci je len iluzí, která využívá nedokonalosti lidského oka neschopného rozlišit rychlé promítání většího množství statických obrazů od reálného spojitého pohybu.

Počítačová grafika - viz grafika počítačová.

Strana | 46

Počítačová metoda - využití počítače, jeho hardware (v) a software (v) pro řešení určitého problému. Jedná se zvláště o výpočty v rozsáhlých souborech, rutinní opakující se výpočty a výpočty urychlující nalezení řešení.

Počítačová simulace - je interaktivní, formálně - logický nebo matematický, dynamický model znázorňovaného objektu nebo jevu, realizovaný prostřednictvím počítačového programu (počítačový model (v)). Vytvořený model pro počítač představuje simulační program, kde je algoritmus (v) dynamického systému (objektu nebo jevu) přeložen do programovacího jazyka. Úkolem počítačové simulace v přírodovědné výuce nemůže být jen nahrazení reálného experimentu (nerealizovatelného v daných podmínkách, nebezpečného atd.), ale především zpřístupnění objektu nebo jevu a vytvoření podmínek k získání poznatků z reálného experimentu. Významné jsou hlavně tzv. trenažéry experimentální činnosti tj. propedeutika nácviku laboratorních dovedností (např. nácvik titrace) a zkoumání vlivu podmínek a verifikace experimentálních výsledků (např. predikce a interpretace titračních křivek).

Public Domain - je volně šiřitelný programový produkt, který dávají autoři uživatelům plně a zdarma k dispozici.

7.13 S Shareware - je druh komerčního programového vybavení počítače (počítačových programů), který je distribuován uživatelům a v případě, že vyhovuje jejich požadavkům a rozhodnou se jej využívat, zaplatí stanovený licenční poplatek. Charakterizuje ho výrok „vyzkoušej a potom zaplať“. Simulace počítačová viz počítačová simulace. Software - obecně jde o jakékoliv programové vybavení. Jedná se o sérii programových instrukcí, uložených v souborech na záznamových médiích nebo v paměti počítače. Ke svému šíření a využívání software vyžaduje hardware (v). V základním rozdělení se rozlišuje systémový (programy umožňující činnost počítače, tvorbu programů a obecné služby) a aplikační software (programy pro řešení určitého druhu úkolů, např. výukový program, program pro zpracování účetnictví apod.). V přeneseném slova smyslu se někdy v pedagogice jako software označuje tzv. „pedagogické know-how“.

7.14 T Technika digitální - viz digitální technika. Technologie informační - viz informační technologie. Teleprojekt - projektová aktivita většího množství týmů žáků (resp. učitelů) realizovaná na dálku využívající většinou Internet (v) k vyhledávání, získávání, výměnu a prezentování informací (v). Podobně jako v klasické projektové výuce je při realizaci teleprojektů výuka zaměřená na vytvoření produktu (databáze, informační tiskoviny, fotogalerie apod.).

Strana | 47

Chemie jako experimentální věda umožňuje využít různé druhy projektů i teleprojektů, v nichž se získávají, porovnávají, využívají, zpracovávají, prezentují znalosti a poznatky, které souvisí s obsahem učiva chemie na daném stupni školy, ale zároveň jsou i úzce spjaté s reálným životem a praxí. Příkladem realizovaných teleprojektů s tématy z chemie jsou např. v rámci slovenského projektu Infovek realizované „Látky kolem nás 2002 Chémia produktov dnešných supermarketov“ či „Správna výživa a stravovacie návyky mládeže“. Tutoriální program - obecné označení výukového počítačového programu, který naplňuje základní principy programovaného učení (v). Ve své struktuře obsahuje zpravidla prezentaci určité části učiva, kontrolu jeho osvojení, hodnocení a návrh dalšího postupu.

7.15 V Virtuální realita - napodobení reálného prostoru a činností člověka v něm pomocí počítačových zařízení. Virtuální realita je tvořena počítačovým modelem trojrozměrného prostředí (např. část laboratoře s předměty laboratorního vybavení), v němž se účastník virtuální reality „pohybuje“. K tomu slouží účastníkovi speciální zařízení, připojená k počítači. Jde zejména o speciální helmu s projekčním zařízením před očima účastníka, která tento virtuální prostor zobrazuje a mění toto zobrazení podle natočení helmy (hlavy), a speciální rukavice se snímači, které také snímají pohyby účastníka a převádějí je na virtuální obrazovku, případně aktivují akční členy vyvolávající dojem dotyku, pohybu aj. Výchova informační v chemii - představuje využití cílů a forem informační výchovy (v) v chemii a její výuce na všeobecném i odborném stupni vzdělávání. Výpočetní technika - souhrn metod a technických prostředků (zvláště počítačů) k automatizaci zpracování dat.

7.16 W WWW (World-Wide-Web, 3W) - je jednou z nejpoužívanějších služeb Internetu a ve volném překladu známá jako "celosvětová pavučina". Umožňuje práci s textem, grafikou, zvukem či videem prostřednictvím připojení počítače k Internetu (v). Pro zájemce o chemické informace nabízejí navzájem propojované počítače „texty“ (texty, obrázky, videosekvence, zvukové sekvence aj.) ve formě hypertextu (v) s odkazy na chemickou literaturu, chemický software, sbírky chemických experimentů, databáze chemických sloučenin či chemických reakcí, chemickou grafiku atd. S využitím tzv. prohlížečů WWW stránek může uživatel získat poměrně snadno a rychle informace pro řešení nejrůznějších problémů. WWW je stejně jako pro každého, tak i pro hledače chemických informací systém: informační (zpřístupňuje informace ve volně přístupných i placených databázích), hypertextový (tvoří ho hypermediální nelineární "text" odkazů v řadě úrovní), grafický (nabízí různé typy informací v grafické podobě - chemické struktury, obrázky, molekuly, modely apod.), snadno ovladatelný ("user - friendly" pomocí "prohlížeče"), pracující na více platformách (různé typy počítačových poskytovatelů informací), distribuovaný (umístění informací na různých místech celého světa), dynamický (aktualizace informací v místech, kde byly vytvořeny), interaktivní (hypertext, tlačítka, přepínače, formuláře),

Strana | 48

přístupu k dalším službám (propojení různých dalších služeb). Při vyhledávání informací na Internetu prostřednictvím WWW je důležité správně volit klíčová slova či fráze, používat synonyma (v závislosti na autorech zdrojů informací), nepoužívat obecné výrazy a slova (členy, spojky, předložky atd.) atd. Po získání informace je nutné provést jejich kritické zhodnocení podle kvalifikace autora a reputace vydavatele, data vydání, šíře a hloubky problematiky ve zdroji, posouzení stránek dalším respondentem, porovnáním s jinými zdroji atd.

Strana | 49

8 Příklady výukových jednotek 8.1 Opakování a procvičování učiva - 'test'

Opakování a procvičování učiva - „test“ Cíle výukové jednotky: Samostatnou prací zopakovat a procvičit učivo z vybraného tematického celku nebo ročníku s využitím MS Word nebo jiného textového editoru. Pomůcky/materiály: PC s MS Word (textovým editorem) pro každou pracovní skupinu, učebnice a další materiály vztahující se k procvičovanému tématu. Náročnost na přípravu: Při znalosti MS Word max. 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka daného tematického celku v hodinách chemie. Znalost práce s MS Word (textovým editorem) v úrovni práce s formuláři a porovnávání dokumentů (Nástroje - sledování změn) - koordinace s výukou předmětu informatika nebo práce s počítačem (výuka o textových editorech). Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Úvod pro opakování učiva např. učiva chemie 8. ročníku (nebo vybraný tematický celek) - rozhovor se žáky, rozdělení do skupin (5 min). 2. Zadání úkolu pro skupiny: vytvořit test z učiva chemie 8. ročníku (vybraného tematického celku) ve formě formuláře vytvořeného v MS Word (příklad viz příloha). Ukázat formy testových položek, připomenout tzv. zamknutí dokumentu na heslo před zadáním testu (15 min). 3. Vytvořit autorské řešení testu jako soubor MS Word pro porovnání s vypracovanými testy (5 min). 4. Poskytnout vytvořené testy k řešení ostatním skupinám (např. e-mailem nebo prostřednictvím sdíleného prostoru na serveru učebny) s požadavkem vrátit zpět (emailem nebo na sdílený disk) autorizované řešení testu - název souboru = název řešitelské skupiny (10 min). 5. Vyhodnocení vypracovaných testů ve skupinách jejich autorů pomocí porovnání dokumentů s autorským řešením a interpretace výsledků (5 min). 6. Diskuse v celé třídě o řešeních, výsledcích, problémech apod. (5 min) Co může následovat v další vyučovací hodině Po dané procvičovací hodině může následovat např. závěrečný „ostrý“ test připravený z daného učiva učitelem v různé formě (v případě možností i počítačové) s příslušným vyhodnocením.

Strana | 50

Tipy/doporučení: Důležité je promyslet formy výměny dokumentů mezi studenty (zasílání testů k zadání a zasílání vypracovaných a opravených testů adresátům) - e-mailová komunikace nebo sdílený prostor serveru, případně bez možnosti síťové komunikace diskety. Odkazy: Soubory - příklady testů: Test chemie - soubor pro testování uzamčený heslem „123“ Správné řešení spravne.doc - autorské řešení testu pro vyhodnocení testu

8.2 Chemická rovnováha

Chemická rovnováha Cíle výukové jednotky: Upevnit si učivo o chemické rovnováze a podmínkách jejího ustavení. Pomocí metody modelování průběhu chemické reakce odhalit vztahy mezi rychlostí chemické reakce, rychlostní konstantou a koncentrací reaktantů. Naučit se využívat tabulkový procesor ke zpracování a grafickému zobrazení naměřených dat. Pomůcky/materiály: Pro každou pracovní skupinu: 2 odměrné válce 50 ml, 4 skleněné trubičky různých průměrů (cca o 5 cm delší než je výška odměrného válce), PC s MS Excel nebo jiným tabulkovým procesorem Náročnost na přípravu: 10 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výklad o chemické rovnováze, základní pojmy, podmínky ustavení chemické rovnováhy, zákon akce a reakce. Teoretické odvození rovnovážné konstanty pro monomolekulární reakce 1. řádu. Vhodná je i demonstrace chemického experimentu, provedeného tak, aby došlo k ustavení chemické rovnováhy. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Skupinová práce - počet skupin dle možností zabezpečení prostorového a pomůckového. 2. Před experimentováním s modelem chemické reakce je vhodné zopakovat definice pojmů: rychlost chemické reakce, rychlostní konstanta a koncentrace reaktantů a jejich vzájemné souvislosti. 3. Experimentální činnost ve skupinách začne popisem modelu chemické reakce: výška hladiny vody v jednom válci představuje koncentraci reaktantů přímé reakce (produktů zpětné reakce) a výška vody v druhém válci představuje koncentraci produktů přímé reakce (reaktantů zpětné reakce). Průřez trubičky představuje analogii rychlostní konstanty reakce - stanoví se trubička k přenosu vody z prvního do druhého válce (její průřez je analogií rychlostní konstanty přímé reakce) a trubička k

Strana | 51

přenosu vody z druhého do prvního válce (její průřez je analogií rychlostní konstanty zpětné reakce). 4. První válec je naplněn vodou (např. 50 ml) a druhý je prázdný, hodnoty objemu vody v obou válcích se zapíšou do připravené tabulky v tabulkovém procesoru. Určenou trubičkou (ponoří se až ke dnu válce a opačný otvor se ucpe palcem) se přenese voda z prvního do druhého válce (objem přenesené vody je analogií rychlosti přímé reakce) a po té druhou určenou trubičkou se přenese voda z druhého do prvního válce (objem přenesené vody je analogií rychlosti zpětné reakce). Opět se zapíšou hodnoty objemu vody v obou válcích do tabulky. Postup je opakován až do doby, kdy se objem vody v obou válcích již nemění - „ustavení chemické rovnováhy“. 5. Provedou se různá měření s různou dvojicí trubiček (různými, či stejnými průměry). 6. Získané výsledky v tabulkách jsou zpracovány graficky a diskutovány (viz přiložený soubor lesson-plan-1-2.xls). 7. V závěru jsou znovu prezentovány analogické vztahy např. formou přehledné tabulky a formulovány závěry o vztahu pro rychlost chemických reakcí (zde konkrétně pro monomolekulární reakce 1. řádu). Tipy/doporučení: Závěrečné shrnutí analogických vztahů

,

Obrázky, soubory: Příklad grafického záznamu při použití trubiček o průměru 8,75 mm a 2,6 mm. Rovnovážná konstanta reakce je 11,33 a rovnovážný poměr rychlostí přímé a zpětné reakce je 4,56. Viz soubor: lesson-plan-1-2.xls Zdroje: Bílek, M. a kol.: Výuka chemie s počítačem. Gaudeamus, Hradec Králové, 1997, s. 65 - 67.

Obrázek 8.2-1 Závěrečné shrnutí analogických vztahů

Strana | 52

Obrázek 8.2-3 graf

8.3 Atomy tvoří molekuly

Atomy tvoří molekuly Cíle výukové jednotky: Naučit se rozlišovat atomy a molekuly prvků a sloučenin. Pomůcky/materiály: PC s prezentačním zařízením a MS PowerPoint pro učitele. PC s MS PowerPoint pro žáky (pro jednotlivce nebo skupiny). Stavebnice kuličkových nebo kalotových modelů nebo obrázky kuličkových nebo kalotových modelů některých molekul prvků a sloučenin. Náročnost na přípravu: Středně náročný: 5 - 20 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka o částicovém složení látek - atomy, difuze, chemický prvek. Znalost práce s MS PowerPoint učitelem a žáky (např. jen některými z každé vytvořené skupiny) Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Prezentace učiva atomy tvoří molekuly s pomocí PowerPointové prezentace (viz soubor „lesson-plan-1-3-atomyamolekuly.ppt“ (20 min). 2. Práce se stavebnicemi kuličkových nebo kalotových modelů molekul prvků a sloučenin (případně alespoň ukázky modelů nebo jejich obrázky) - molekuly vodíku,

Strana | 53

kyslíku, chlóru, fosforu, síry, uhlíku, argonu, vody, HCl, amoniaku, oxidu uhličitého (5 - 10 min). 3. Práce s PC ve skupinách: vytvoření jednoduché prezentace (5 snímků) dle posledního snímku v učitelově prezentaci (využití textu a kreslení, obvyklé barvy atomů prvků) tj. 1. nadpis - název prvku nebo sloučeniny (zadá pro každou skupinu učitel), 2. jeden atom …., 3. tři atomy …, 4. jedna molekula …., 5. dvě molekuly …..(10 min) 4. Prezentace jednotlivých skupin před celou třídou (5 - 10 min). V případě delšího času, věnovaného práci s modely (bod 2) je možné prezentace žáků přesunout do následující hodiny, např. s tím, že po dohodě s učitelem informatiky mohou dopracovat své prezentace tam (např. využití animací). Tipy/doporučení: Prezentace v PowerPointu pro výklad má následující symboly:

Pro prezentaci žákovských prací je třeba promyslet formu zasílání hotových produktů na PC s projektorem - e-mail, sdílení disku nebo diskety). Vhodná je koordinace s výukou informatiky či práce s počítačem. Odkazy: Podle Bílek, M., Rychtera, J.: Chemie krok za krokem. Moby Dick, Praha, 1999. (ISBN 8086237-03-6) Stránky: 54 - 56. Zdroje: Soubor: Atomy a molekuly - prezentace jako podpora výkladu učitele

Obrázek 8.3-1 Symboly v prezentaci

Strana | 54

8.4 Periodická soustava prvků

Periodická soustava prvků Cíle výukové jednotky: Upevnit vědomosti o periodické soustavě prvků, procvičit a rozvinout dovednosti při práci s periodickou tabulkou. Naučit se hledat a kriticky hodnotit informace získané z Internetu. Pomůcky/materiály: PC s připojením na internet pro skupiny žáků nebo pro jednotlivce. Náročnost na přípravu: nenáročný - 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výklad o uspořádání prvků do periodické soustavy, definice a rozbor periodického zákona. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Najděte na Internetu pět různých periodických tabulek prvků a připravte informaci o tom, v čem se jednotlivé tabulky liší (např. počtem prvků, počtem či druhem charakteristik jednotlivých prvků, typem uspořádání, jazykem - lze nalézt i periodické tabulky v čínštině, arabštině apod.) (15 - 20 min). 2. Prezentace vybraných žáků nebo skupin (2 - 3), ostatní skupiny nebo jednotlivci již pouze doplňují zajímavosti nebo své „objevy“. (10 min) 3. Z vybrané tabulky určete vybranou vlastnost u dané skupiny nebo periody (zadat různé skupiny a různé periody skupinám nebo jednotlivcům pro jednu určitou veličinu (např. teplota tání, teplota varu, elektronegativita atd.) (10 min) 4. Prezentace zjištěných dat a diskuse o nich (periodicitě). (5 - 10 min). Tipy/doporučení: Vhodné je připravit si předem několik !aktuálně fungujících - ověřených! adres s různými periodickými tabulkami pro případ doplnění studentských prací. Pro druhý úkol je vhodné připravit na PC s připojeným dataprojektorem tabulku v tabulkovém procesoru (např. MS Excel) s on-line grafem, do které žáci nebo zástupci pracovních skupin zanášejí zjištěná data o prvcích. Odkazy: Několik odkazů na periodické tabulky na Webu (cit. 10. 6. 2003):

Strana | 55

8.5 Víme, proč a co jíme?

Víme, proč a co jíme? Cíle výukové jednotky: Poznat energetickou hodnotu potravin, zásady zdravé výživy a význam energetické a hmotnostní skladby potravy. Naučit se využívat interaktivní WWW-stránky. Pomůcky/materiály: PC s připojením na Internet pro skupiny spolupracujících žáků. Náročnost na přípravu: Nenáročný: 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka o energii a jejich přeměnách. Zvládnutí využívání Internetu - WWW prohlížeč. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Prezentace učiva o energetické hodnotě lidské potravy a zásadách zdravé výživy (rozdělení potravy v průběhu dne, spotřeba energie při různých formách zatížení člověka, skladba potravy, energetické hodnoty potravin, optimalizace energetické a hmotnostní skladby potravy) (15 min). 2. Projektově orientovaná práce ve skupinách s WWW - interaktivními stránkami, tzv. e-kalkulačkou pro výpočet energetické hodnoty potravinové dávky . Úkoly ve skupinách - výpočet a optimalizace skladby denní dávky potravy při různé zátěži: člověk potřebuje za den: bez námahy asi 9000 kJ, při lehké práci asi 11500 kJ, při středně těžké práci asi 14000 kJ a při těžké namáhavé práci až 17000 kJ. Příprava prezentace výsledků mluvčím skupiny (20 - 25 min). 3. Prezentace návrhů jednotlivých skupin před celou třídou (5 - 10 min) např. s využitím PC a dataprojektoru. Tipy/doporučení: Může předcházet zadání domácí práce - zjistit denní spotřebu potravin v přibližných hmotnostních dávkách jednotlivých komponent. Práce s jídelníčkem ze školní jídelny, menu z restaurace apod. Odkazy: Bílek, M., Rychtera, J.: Chemie na každém kroku. Moby Dick, Praha, 2000. (ISBN 8086237-05-2) Stránky: 109 - 112. Interaktivní WWW - stránky „e-kalkulačka“ na adrese:

Strana | 56

8.6 Vodík a jeho vlastnosti

Vodík a jeho vlastnosti Cíle výukové jednotky: Procvičit a upevnit znalosti o nejjednodušším prvku - vodíku se zaměřením na jeho vlastnosti. Procvičit hledání, hodnocení, výběr a prezentaci informací (formou stránky „informací o informacích“ získaných z internetu. Pomůcky/materiály: PC s připojením na internet pro skupiny žáků. Náročnost na přípravu: nenáročný - 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výklad o vodíku, experimenty a teoretické poznatky o jeho konfiguraci, izotopech, vlastnostech aj. v hodině základního typu. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Prezentace (učitel nebo vybraný žák) dvou obrázků a zvukového záznamu získaného z internetu - obrázek vzducholodi Hindenburg letící a hořící s autentickým komentářem rozhlasového reportéra (viz přílohy). Např. využití prezentace v PowerPointu - slide: 1. obrázek (letící vzducholoď) a zvuk, při změně hlasatelovy intenzity přidat 2. obrázek - nehoda)). (5 - 10 min) 2. Rozhovor se žáky o sledované události a vedení je k tomu, aby formulovali cíl své práce s internetem: nalézt informace o vodíku a jeho vlastnostech a prezentovat je formou vlastní WWW stránky. (5 min). 3. Práce ve skupinách na vyhledávání a zpracování informací. Příprava prezentace formou WWW-stránek jako stránka odkazů na vybrané zdroje informací o vodíku. (20 - 25 min) 4. Prezentace prvotních iterací WWW-stránek jednotlivých pracovních skupin, diskuse, případně zorganizování tajného hodnocení jednotlivých prezentací. (10 min.) Tipy/doporučení: Vhodné je připravit skupiny žáků tak, aby každá skupina měla k dispozici alespoň 2 PC a alespoň jednoho studenta, který zvládá tvorbu WWW-stránek (stačí např. prostřednictvím textového editoru MS Word). Pak pracuje část skupiny na vyhledávání informací a část na přípravě prezentace. V případě zařazení tajného hodnocení prezentací - připravit bodovací lístky nebo jiný systém. Vhodná je koordinace nebo integrace s výukou informatiky - tvorba WWW-stránek. Obrázky, soubory: Letící vzducholoď - Letící vzducholoď, Hořící vzducholoď - Hořící vzducholoď, Zvukový záznam rozhlasového reportéra Reportér.

Strana | 57

8.7 Známé nekovy - síra a kyslík

Známé nekovy - síra a kyslík Cíle výukové jednotky: Zopakovat a rozšířit informace o známých nekovových prvcích kyslíku a síře, jejich vlastnostech, sloučeninách, výskytu a vyžití. Procvičit samostatnou práci s počítačovým programem - zdrojem informací. Pomůcky/materiály: PC pro skupiny žáků nebo jednotlivce s výukovými programy Kyslík a Síra pro ZŠ (aplikace „kyslikzs“ a „sirazs“) z balíku programů firmy Terasoft - Chemie. Náročnost na přípravu: nenáročný - 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka o nekovových prvcích - výklad, experimenty, úkoly atd. Navrhovaná následující vyučovací hodina s využitím počítačových programů by měla posloužit k zopakování a rozšíření znalostí o dvou nejvýznamnějších nekovech, jejich společných znacích a rozdílech. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Úvod učitele formou rozhovoru o nekovech, zopakování základních poznatků. (5 min) 2. Ukázka struktury programů a programového „prostředí“ „SiraZS“ a „KyslikZS“ upozornění na možnost využití pomocných nástrojů - „periodické tabulky prvků“, „kalkulačky“, „poznámkového bloku“ a „evidence úspěšnosti v průběžném testu“. (5 min) 3. Práce v malých skupinách u PC - jedna polovina skupin pracuje s programem Síra a druhá polovina skupin s programem Kyslík. Zadání zní: prostudujte počítačový program, průběžně řešte úkoly a odpovídejte na otázky a do poznámkového bloku zaznamenejte následující informace, které nakonec mluvčí pracovní supiny přednese ostatním (možno rozdělit po skupinách - vlastnosti, použití, výpis sloučenin, postavení v PPS atd. nebo zadat jen úkol: vypište do poznámkového bloku co nejvíce značek prvků a vzorců sloučenin, které jste při práci s programem zaznamenali (je třeba upozornit, že do on-line poznámkového bloku nelze psát indexy, proto je třeba se předem domluvit na způsobu zápisu)) (25 min) 4. Prezentace výsledků jednotlivých skupin, v případném volném čase je možné poskytnout druhý program jednotlivým skupinám. Tipy/doporučení: Důležité je zadání konkrétních úkolů pro práci s programem (nabízí se využití poznámkového bloku) - zvážit i odevzdání „protokolu - textu“ vytvořeném v poznámkovém bloku na závěr práce. Při nezadání úkolů je často malá motivace, nebo počáteční motivace brzy vyprchává. Odkazy: Soubory z balíku fy Terasoft („sirazs“ a „kyslikzs“) nebo jiné podobné

Strana | 58

8.8 Redoxní reakce a elektrochemie

Redoxní reakce a elektrochemie Cíle výukové jednotky: Zopakovat a rozšířit informace o redoxních reakcích. Procvičit samostatnou práci s počítačovým programem a prezentaci získaných informací formou pojmové mapy. Pomůcky/materiály: PC pro dvojice žáků (max. 16) s výukovým programem „Redoxní reakce a elektrochemie“ (aplikace „redox“) z balíku freeware „Animovaná chemie“. Náročnost na přípravu: nenáročný - 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka o redoxních reakcích, definice oxidace a redukce, elektrolýzy. Výklad, experimenty apod. Navrhovaná následující vyučovací hodina s využitím počítačového programu by měla posloužit k zopakování a rozšíření znalostí o redoxních reakcích a jejich využití v běžném životě. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Úvod učitele formou rozhovoru o redoxních reakcích, zopakování základních poznatků. (5 min) 2. Ukázka struktury programu a programového „prostředí“. Zadání úkolů pro spolupracující dvojice studentů - každá skupina se zaměří, kromě prostudování programu, na jednu kapitolu, o níž připraví 1-1,5 minutovou prezentaci (je možné stopovat čas k prezentaci) s tím, že výsledkem budou na tabuli (nebo jiné médium) prezentovány základní pojmy ve formě mapy pojmů z dané kapitoly (jsou uvedeny většinou jako klíčová slova hypertextu) (5 min) 3. Práce ve dvojicích s programem se zaměřením na zadanou kapitolu, příprava časově omezené prezentace, případně návrhu pojmové mapy. (20 min - upravit dle času v bodu 4.) 4. Prezentace výsledků jednotlivých skupin, korekce a hodnocení. (15 min - dle počtu skupin a zadaného prezentačního času). Tipy/doporučení: Důležité je zadání konkrétních úkolů pro práci s programem (nabízí se využití práce na tzv. pojmové mapě dané kapitoly) - zvážit i odevzdání „protokolu - textu“ vytvořeného návrhu mapy nebo seznamu pojmů. Vhodné je při zadání úkolu prezentovat nějakou pojmovou mapu a náznak postupu, jak byla vytvořena. Odkazy: Soubor z balíku Animovaná chemie („redox“) nebo podobný (tématicky strukturovaný) program.

Strana | 59

8.9 Redoxní reakce

Redoxní reakce Cíle výukové jednotky: Zopakovat a rozšířit informace o oxidaci a redukci. Utřídit si informace získané z chemických experimentů demonstrujících redoxní reakce a jejich zastoupení v každodenním životě. Pomůcky/materiály: 4 PC pro skupiny žáků (4 skupiny) s výukovým programem „Redoxní reakce“ od konsorcia EDUCO (REDOX I.), 1 PC s prezentačním zařízením (dataprojektor, LCD panel, PC-TV adapter). Náročnost na přípravu: nenáročný - 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka o oxidaci a redukci, redoxních reakcích, definice oxidace a redukce, uplatnění principů v každodenním životě. Výklad, experimenty apod. Navrhovaná následující vyučovací hodina s využitím počítačového programu by měla posloužit k zopakování a rozšíření znalostí. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Úvod učitele formou rozhovoru o oxidaci a redukci. (5 min) 2. Ukázka struktury programu a programového „prostředí“. Zadání úkolů pro spolupracující skupiny žáků: každá skupina připraví po společném prostudování programu prezentaci pro ostatní (např. max. 5 min dlouhou), v které se zaměří: 1. skupina - na vysvětlení základních pojmů, 2. skupina - na prezentaci s vysvětlením experimentu, 3. skupina - na rozbor experimentu, 4. skupina - zastoupení principů redoxních reakcí v každodenním životě (kde můžeme „potkat“ redoxní reakce) (5 min), 3. Práce ve skupinách s programem se zaměřením na zadanou úlohu, příprava časově omezené prezentace. (15 min - upravit dle času v bodu 4.) 4. Prezentace výsledků jednotlivých skupin, korekce a hodnocení. (20 min). Tipy/doporučení: Důležité je zadání konkrétních úkolů pro práci s programem, dá se zvážit i odevzdání „protokolu - textu“ (v bodech). Odkazy: Program REDOX I od konsorcia EDUCO kontakt: prof. RNDr. Jan Čipera, CSc., PřF UK Praha, katedra učitelství a didaktiky chemie,e-mail: [email protected] <mailto:[email protected]>.

Strana | 60

Obrázek 8.9-1 Program REDOX I

8.10 Acidobazické titrace - příprava na laboratorní cvičení

Acidobazické titrace - příprava na laboratorní cvičení Cíle výukové jednotky: Zopakovat informace o acidobazických titracích a jejich praktickém použití. Připravit se k provedení praktických titrací silné a slabé kyseliny silnou bází. Pomůcky/materiály: PC pro jednotlivce nebo pro skupiny žáků (3 - 5 žáků ve skupině) s připojením na Internet a WWW-prohlížečem (MS Explorer). Náročnost na přípravu: nenáročný - 5 min. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Výuka o acidobazických rovnováhách. Výklad, demonstrační experimenty apod. Navrhovaná následující vyučovací hodina s využitím počítačového programu (Webovské aplikace) by měla posloužit k zopakování a rozšíření znalostí a přípravě na laboratorní cvičení - praktické provedení acidobazických titrací. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Úvod učitele formou rozhovoru o acidobazických rovnováhách, zopakování základních pojmů. (10 min) 2. Ukázka struktury Webovské aplikace „Acidobazické titrace“ na adrese . Zadání úkolů - prostudovat materiály na uvedené adrese a připravit protokol (dokument v textovém editoru např. MS Word) pro následující laboratorní cvičení, který bude obsahovat: teorii acidobazických titrací, praktické použití, návrh na provedení titrací silné a slabé kyseliny silnou bází (návod na provedení laboratorního cvičení, koncentrace použitých látek 0,1 mol/l)), vzorové titrační křivky a návrh na použití nejvhodnějšího acidobazického indikátoru k určení bodu ekvivalence. (5 min), 3. Práce jednotlivců nebo skupin s aplikací, příprava protokolů. (20 min)

Strana | 61

4. Prezentace výsledků vybraných jednotlivců nebo skupin, korekce a instrukce pro následující hodinu laboratorních cvičení. (10 min). Odkazy: Acidobazické titrace

8.11 Chemie v kuchyni

Chemie v kuchyni Cíle výukové jednotky: Zopakovat a utřídit znalosti o kyselosti a zásaditosti vodných roztoků s aplikací na látky kolem nás. Pomůcky/materiály: 10 - 12 „chemikálií“ z domácnosti přinesených skupinami žáků na výuku, které se jim zdají být z chemického hlediska kyselé a opakem kyselého, soupravy pro měření ve skupinách (4 - 6 žáků) - pro každou skupinu: podle počtu donesených vzorků kádinky 100 - 150 ml (možno využít i plastové kelímky), odměrný válec, technické váhy nebo předvážky, destilovaná voda (není bezpodmínečně nutná), skleněná tyčinka k míchání, fix na popis kádinek nebo kelímků, souprava nebo soupravy pro měření pH s počítačem umožňující krokové měření (CMS nebo ISES - Win). Náročnost na přípravu: Středně náročná - cca 20 min na přípravu 4 - 5 měřících stanovišť ve třídě nebo v laboratoři. Podrobný popis výukových aktivit: Co musí předcházet vyučovací jednotce Vyučovací jednotka by měla navazovat na přípravnou hodinu opakování tématu kyselost a zásaditost vodných roztoků (chemie pro 8. ročník ZŠ), kde jsou zadány úkoly pro domácí přípravu na „experimentální hodinu“. Zadaný úkol zní: po dohodě ve skupině a doma s rodiči vyberte v kuchyni, v koupelně nebo v prádelně několik (10 - 12) vzorků látek, které považujete z chemického hlediska za kyselé a několik, které jsou z chemického hlediska jejich opakem. V diskusi s učitelem mají být dohodnuty podmínky odběru vzorku a forma jejich transportu do školy. Strukturace vyučovací jednotky 45 min (v závorce je uveden orientační čas pro realizaci etapy) 1. Rozdělení skupin na připravená pracovní místa a zopakování úkolů - viz etapy 2. 5. (5 min) 2. Z přinesených vzorků připravte vodné roztoky: např. 5 ml přinesené kapaliny či 5 gramů přinesené pevné látky rozpusťte ve 100 ml (destilované) vody. Každý roztok označte číslem a poznamenejte si jeho složení. (10 - 20 min dle práce ve skupině) 3. Seřaďte roztoky dle výsledku dohody ve skupině od nejkyselejšího po nejzásaditější (zapište si řadu čísel jednotlivých roztoků). (5 min) 4. Pomocí měřícího systému (krokové měření pH - krok je číslo vzorku, počet kroků = počet roztoků) ověřte správnost „stupnice pH“, kterou jste vytvořili. Po změření každého vzorku omyjte důkladně pH elektrodu čistou vodou. Je nebo není vše tak kyselé, jak jste předpokládali? (10 min)

Strana | 62

5. Diskuse ve skupinách nad dosaženými výsledky - vytištěné grafy pro každou skupinu a prezentace výsledků zvoleným (určeným) mluvčím skupiny. (5 min) Co může následovat v další vyučovací hodině Navazovat může hodina v počítačové učebně, kde se provede další diskuse výsledků a tzv. narovnání naměřené škály pH, např. v MS Excelu od nejkyselejšího po nejzásaditější vzorek. Zadání naměřených dat do sloupců v tabulkovém procesoru a práce s nimi. Tipy/doporučení: Průběh hodiny je závislý na počtu měřících systémů, které jsou pro měření pH k dispozici. Vyučovací jednotku je možné provést i s jedním měřícím systémem, neboť je vyzkoušeno, že etapy 2. a 3. trvají skupinám žáků různě dlouho od 10 do 20 minut a mohou se u měřícího systému vystřídat. Důležitá je organizace práce ve skupinách, rozdělení úloh (rolí). Ve třídě, kde není zvykem pracovat ve skupinách, doporučujeme využít dvouhodinovku, tj. 90 minut. Při měření s pH elektrodou je třeba pracovat opatrně, po proměření každého vzorku elektrodu důkladně omýt. Obrázky: Zdroje: Podle Bílek, M., Rychtera, J.: Laboratorní cvičení k učebnici Chemie krok za krokem. Moby Dick, Praha, 1999. (ISBN 80-86237-04-4) Stránky: 25 - 26.

Obrázek 8.11-1 Tabulka s příklady přinesených vzorků

Strana | 63

Obrázek 8.11-2 Ukázka naměřených dat - tzv. subjektivní škály proměřené systémem CMS

8.12 Kde se bere teplo?

Kde se bere teplo? Cíle výukové jednotky: Poznat rozdíly v průběhu chemických reakcí z hlediska výměny tepelné energie. Umět rozlišit exotermickou a endotermickou chemickou reakci a podmínky jejího průběhu. Poznat měření teploty s pomocí počítače. Pomůcky/materiály: 2 kádinky, počítačový měřící systém s modulem a čidlem pro měření teploty (nejlépe 2 moduly a 2 čidla), 2 skleněné tyčinky, pentahydrát síranu měďnatého (modrá skalice), hydroxid sodný, dekahydrát uhličitanu sodného, chlorid amonný. Pro doplňující experiment: 3 kádinky (100 ml, 250 ml, 500 ml), odměrný válec, vodné roztoky hydroxidu sodného a kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 1 mol/l (á 500 ml) vytemperované na stejnou teplotu (laboratorní). Náročnost na přípravu: Středně náročná - cca 10 - 15 min na přípravu demonstračního experimentu s jedním počítačovým měřícím systémem, za předpokladu přímé dostupnosti chemikálií (na přípravu roztoků pro doplňující experiment je třeba počítat přibližně s dalšími 15 minutami). Podrobný popis výukových aktivit: Co může předcházet vyučovací jednotce Vyučovací jednotka by měla navazovat na první hodinu v tématu „Energie kolem nás“ často to bývá opakování pojmů jako chemická reakce, reaktanty a produkty. Z hlediska mezipředmětových vztahů připomenutí fotosyntézy a dýchání. Strukturace vyučovací jednotky (orientační čas pro realizaci etapy - celkem 45 min) 1. Opakování poznatků z úvodní hodiny o energii - chemické reakce a energie (5 10 min). 2. Provedení demonstračního experimentu (v případě možnosti současného

Strana | 64

měření teploty dvěma teplotními čidly) nebo dvou experimentů v těsném sledu za sebou. Do jedné kádinky nasypte cca 8 gramů nadrcené modré skalice a do druhé kádinky cca 7 gramů dekahydrátu uhličitanu sodného. Do látek v obou kádinkách vložíte teplotní čidla a zapněte měření teploty (čas měření cca 300 s). Po 50 sekundách měření přisypte, nejlépe současně (např. za pomoci vybraných žáků), do kádinek připravená množství dalších látek (dalších reaktantů). Do první kádinky přibližně 4 gramy nadrceného hydroxidu sodného a do druhé kádinky asi 2 gramy chloridu amonného. Směsi látek v kádinkách opatrně zamíchejte skleněnými tyčinkami a sledujte změny teploty (10 - 15 min). 3. Diskuse o dosažených výsledcích, interpretace grafických záznamů teplotních změn s výsledkem v definicích exotermické a endotermické reakce a pojmu reakční teplo (10 min). 4. Pro shrnutí v závěru vyučovací hodiny je možné využít diskusi o tepelném zabarvení chemických reakcí z běžného života (spalování uhlí, pohon dopravních prostředků, získávání kovů z rud apod.) (10 min). 5. Pro nižší ročníky gymnázia je možné provést další experiment s počítačovým měřením teploty - Vliv látkového množství reaktantů na tepelné zabarvení reakce. Do kádinky 100 ml nalijeme 50 ml roztoku NaOH a v režimu krokové měření (celkem 6 kroků) změříme jeho teplotu. K roztoku v kádince přilijeme 50 ml roztoku HCl a změříme ustálenou teplotu (2. krok). V dalších krocích změříme postupně ustálenou teplotu v kádince, když smícháme 100 ml, 150 ml a 200 ml NaOH a HCl. Grafický záznam z měření využijeme k vyvození závislosti látkového množství rektantů na velikosti tepelného zabarvení reakce. Pokud není dostupné krokové měření, je možné provést sadu experimentů podle metodiky experimentu v bodě 2 s odečtením teplotních rozdílů v závislosti na látkovém množství reaktantů) (10 min). Co může následovat v další vyučovací hodině Po provedené hodině může následovat projektově orientovaná výuka na téma tepelné zabarvení reakcí kolem nás - referáty, diskuse apod. Tipy/doporučení: V případě dostupnosti pouze jednokanálového měření teploty (jedno čidlo) je třeba provést exotermickou a endotermickou reakci v těsné posloupnosti za sebou. Obrázky: Příklad grafického záznamu získaného z měření pomocí systému ISES () - endotermická reakce (reakce dekahydrátu uhličitanu sodného a chloridu amonného) a s odečtením teploty. Zdroje: Podle Bílek, M., Rychtera, J.: Chemie na každém kroku. Moby Dick, Praha, 2000. (ISBN 8086237-05-2) Stránky: 102 - 105.

Strana | 65

Obrázek 8.12-1 Příklad grafického záznamu získaného ze systému ISES

Strana | 66

9 Použité zdroje a výběr z rozšiřující literatury 9.1 Literatura 1. Bílek, M. a kol.: IP - COACH a chemický experiment. Liberec: CMA Foundation prostřednictvím MFF UK Praha a PEPEKO, 1995, 130 s. 2. Bílek, M. a kol.: Výuka chemie s počítačem. Hradec Králové: Gaudeamus, 1997. 3. Bílek, M.: Chemické experimenty se systémem ISES. Praha: MFF UK a PC InOut, 1995, 90 s. 4. Bílek, M.: Počítačová podpora experimentálních činností ve výuce. *Disertační práce+, Praha: PdF UK, 1996. 5. Brestenská, B., Nagy, T., Ganajová, M.: Vyučovanie a učenie sa chémie v modernej škole s podporou informačných a komunikačných technológií. Bratislava: ÚIPŠ, 2002. 6. Cyrus, P., Slabý, A., Bílek, M.: Informační technologie v přípravě středoškolských učitelů technických předmětů. Hradec Králové: Gaudeamus, 1997. 7. Čipera, J.: Distanční vzdělávání pedagogických pracovníků (DVPP) na PřF UK. In: Alternativní metody výuky - sborník příspěvků, VFU, Brno, 2003, s. 52 - 54. 8. Ganajová, M.: Průvodce Internetem pro učitele chemie. Prešov: MC, 1998. 9. Gibalová, I., Ganajová, M.: Multimédiá vo výučbe chémie. Informatika v škole, č. 19, 2000, s. 27 - 32. 10. Hlavenka, J. a kol.: Výkladový slovník výpočetní techniky a komunikací. III. vydání, Praha: ComputerPress, 1997. 11. Holec, S. a kol.: Vybrané problémy z didaktiky prírodovedných predmetov. Banská Bystrica: FPV UMB (Projekt Tempus 09272-95), 1999, 211 s. 12. Klán, P., Mindl, J., Štědrý, A., Rubešová, E.: Chemická informatika. Pardubice: FCHT Univerzity Pardubice, 1999. 13. Kmeťová, J., Tomeček, O.: Informačné a komunikačné zdroje učiva chémie na gymnáziách. In: Acta Universitatis Mathei Bel, Ser. Chem. 4, Banská Bystrica: FPV UMB, 2000, s. 131 - 135. 14. Kričfaluši, D.: Realizace profesní přípravy učitelů chemie v oblasti integrace ICT do vzdělávání. In: Mechlová, E. (ed.): ICTE 2003 - Proceedings, University of Ostrava, Ostrava, 2003, s. 114 - 118. 15. Myška, K. (ed.): Informační technologieve výuce chemie - sborník mezinárodního semináře, Gaudeamus, Hradec Králové, 2004, 240 s. 16. Nápravník, V.: Výukový program CHEMIE 1 (LANGMaster ŠKOLA hrou). In: Sborník katedry chemie FPE ZČU v Plzni - Chemie XX., Pedagogická fakulta ZČU, Plzeň, 2004, s. 117 - 132. 17. Pavlíková, A.: Problematika didaktických východísk tvorby výučbových prostredí v podmienkach dištančného vzdelávania. In: eLearn - Žilina 2002, EDIS - vydvatelstvo Žilinskej univerzity, Žilina, 2002, s. 89 - 94. 18. Stoffová, V. a kol.: Informatika, informačné technológie a výpočtová technika. Terminologický a výkladový slovník. 1. vydanie, Nitra: FPV UKF, 2001. 19. Škoda, J., Doulík, P.: Popularizace výuky přírodovědných předmětů - nová výzva pro oborové didaktiky? In: Bílek, M. (ed.): Aktuální otázky výuky chemie/Actual Questions of Chemistry Education XV. - Sborník přednášek XV. Mezinárodní konference o výuce chemie. Gaudeamus : Hradec Králové, 2005, s. 421 - 426. 20. Turčáni, M.: Informačné a komunikačné technológie vo výučbe prírodovedných predmetov. Technológia vzdelávania, 9/2000, ročník VIII., 2000, s. 5 - 8. 21. Turčáni, M., Bílek, M., Slabý, A.: Prírodovedné vzdelávanie v informačnej

Strana | 67

spoločnosti. Edícía Prírodovedec č. 115, Nitra : FPV UKF, 2003, 220 s. ¨

9.2 Internetové zdroje http://www.infovek.sk http://www.csch.cz/ http://www.scitech.cz/stlinky.htm http://chemicke-listy.vscht.cz/ http://www.chemagazin.cz/info.html http://jchemed.chem.wisc.edu/ http://www.holubec.cz http://www.pachner.cz http://www.langmaster.cz http://www.slunecnice.cz http://www.iskola.cz

Strana | 68