Formarea continua a profesorilor de Chimie in societatea cunoasterii POSDRU/87/1.3/S/62517

Modul A: Abilitare curriculara a

cadrelor didactice

Curs IV. TIC Suport pentru o educatie de calitateSpecialist in educatie: Conf. dr. ing. Crinela Dumitrescudumitrescucrinela@yahoo.comUniversitatea Valahia din Trgovite1

Experimente virtuale

Crocodile Clips

INTRODUCERE

Noile tehnologii informaionale i ale comunicaiilor (TIC) ofer - n momentul de fa - numeroase utilizri n predarea tiinelor i prezint o serie de avantaje directe referitoare la nsuirea logic a conceptelor i fenomenelor. Instrumentele TIC se pot materializa att n activiti specifice de predare-nvare, ct i n resurse pentru activitile desfurate n clas i pot deveni un suport real n activitatea elevilor i studenilor.

INTRODUCERE

n urm cu aproximativ 20 de ani, n categoria tehnologiilor informaionale a aprut un nou concept - instrumentaia virtual - care se bazeaz pe ideea construirii unui instrument propriu, necesar utilizatorului, nlocuind adaptarea tradiional a nevoilor acestuia la instrumentele existente. n general, instrumentul virtual (VI) este constituit dintr-un calculator standard sau o staie de lucru echipat cu aplicaii software dedicate, i, dup caz, echipamente hardware specializate, care mpreun realizeaz i simuleaz funcii specifice instrumentelor tradiionale.

INTRODUCERE Componenta cea mai important a unui instrument virtual este reprezentat de aplicaia software, dotat cu o interfa utilizator corespunztoare. Domeniul aplicaiilor care pot utiliza instrumentaia virtual acoper practic ntreaga sfer a activitilor umane. Un sistem software care dorete s furnizeze instrumente virtuale n vederea realizrii aplicaiilor utilizator specifice, trebuie s ofere o gam larg de opiuni i instrumente de dezvoltare, inclusiv unele care pot prea incompatibile ntr-o aplicaie dat. In mod ideal, un astfel de sistem ar trebui s

organizeze instrumentele software incluse ntr-un mod care s permit utilizatorului selectarea cu uurin a opiunilor particulare i s ghideze utilizatorul n alegerea opiunilor de configurare. Unul din obiectivele importante n dezvoltarea pachetelor software actuale de instrumentaie este acela de a ghida intuitiv utilizatorul n alegerea elementelor sistemului, elemente potrivite proiectului construit i care mpiedic nmod automat selectarea elementelor care sunt incompatibile.

Crocodile Clips

Introducerea instrumentelor virtuale n educaie s-a fcut simit la toate nivelele educaionale, att n cadrul lucrrilor teoretice, dar mai ales n cazul lucrrilor practice, de laborator. Abordrile pedagogice moderne de tipul instruirii combinate mbin de fapt educaia de tip clasic cu cea la distan. Tehnologiile specifice nvmntului la distan aduc experiena fizic aproape de procesul didactic, prin definirea unui numr de criterii care pot fi luate n consideraie n selectarea unui mediu software aplicativ ce permite construirea unui instrument virtual educaional: modularitate - permite testarea individual a modulelor i dezvoltarea rapid de aplicaii; portabilitate multi-platform - permite proiectanilor s lucreze la componente diferite i s le compileze pe o platform; compatibilitate cu codul existent - permite ncorporarea cu aplicaii anterioare i cu versiuni anterioare ale mediului software; compatibilitate cu partea hardware - permite achiziia de date de la diferite interfee hardware; librrii extensibile - permite dezvoltatorilor de programe s creeze librrii cu rutine de nivel sczut care s fie legate de sisteme de nivel nalt; caracteristici avansate de depanare - permit optimizarea dezvoltrii produsului i detectarea oricror erori n cod; elemente executabile - permit evitarea modificrilor, pentru a ascunde codul sau pentru a crea aplicaii de sine stttoare; pachete add-on - indic gradul de acceptare pe pia a produsului i estimarea vitezei de dezvoltare; performan - asigur faptul c produsul final atinge performana cerut; interfa grafic cu utilizatorul intuitiv - permite utilizatorului nelegerea rapid a modului de lucru; elemente de tip multimedia - utilizate pentru dezvoltri ulterioare.

Crocodile Clips

Din punct de vedere al instruirii, cea mai important caracteristic a instrumentelor virtuale este oferit de faptul c acestea pot fi folosite pentru a simula fenomene fizice. Unul dintre avantajele principale ale utilizrii instrumentelor virtuale este dat de faptul c elevii / studenii pot s i

defineasc propriile instrumente, utiliznd pachete software dedicate. n plus, alte valene ale instrumentelor virtuale sunt:

instrumentaia la cost redus; portabilitatea ntre diferite platforme de calculator; interfaa grafic uor de utilizat; reprezentarea grafic a structurilor de program; codul compilat sub forma unor fiiere de sine stttoare (extensii de tip .exe sau .dll); conectivitatea TCP/IP.

Crocodile Clips

n Romnia, instruirea profesorilor de tiine n utilizarea instrumentaiei virtuale i implementarea experimentelor virtuale n procesul educaional s-a realizat n cadrul unor proiecte internaionale.

Crocodile Clips

Dintre pachetele software propuse n proiectul menionat anterior ce pot fi utilizate pentru crearea unor instrumente virtuale prin prezentarea unor modele i a unor simulri software care asigur o nelegere mai facil a fenomenelor din domeniul tiinelor exacte (fizic, chimie, TIC (Tehnologia Informaiei i Comunicaiilor), matematic, informatic), Acesta reprezint de fapt un set de pachete software simplu de se remarc Crocodile utilizat, complexe i precise, care permit simularea unor Clips. experimente, realizat n mod flexibil n laboratoare virtuale. Experimentele virtuale dezvoltate folosind Crocodile Clips pot fi create cu uurin att de ctre profesori, ct i de ctre elevi i studeni.

Crocodile Clips

mod special pentru mediul educaional i poate fi folosit att ca instrument de tip Digital Whiteboard ct i pentru planificarea leciilor de iniiere n utilizarea calculatorului. Pentru a putea crea module experimentale cu Crocodile Clips, pachetul software trebuie instalat pe fiecare calculator n parte. Dac se dorete ns numai execuia unor aplicaii software finalizate este suficient descrcarea gratuit din spaiul web i instalarea aplicaiei Crocodile Science Player 2007. Conceptul Digital Whiteboard implic faptul c un profesor poate utiliza module deja funcionale pentru a conferi interactivitate i format multimedia leciilor specifice din domeniul tiinelor. Acest mod de utilizare prezint dou abordri: modul nceptor i modul avansat.

Crocodile Clips a fost creat n

Crocodile Clips

n modul nceptor, utilizatorii trebuie doar s urmeze instruciunile programului pentru a interaciona cu modulele funcionale.

Dup execuia a dou-trei clicuri de mouse, utilizatorii vor putea rula aplicaia interactiv. Crocodile Clips conine zeci de exemple care pot fi un bun punct de plecare n lucrul cu acest mediu de instrumentaie virtual.

Crocodile Clips

modul avansat, Crocodile Clips ofern

o serie de componente grupate n librrii care pot fi utilizate pentru crearea propriilor aplicaii interactive. De exemplu, librria Chemicals din pachetul software

Crocodile

conine o serie de reactivi chimici grupai n urmtoarele categorii: metale, acizi, baze, oxizi, cloruri, sulfuri, carbonai, azotai,

Chemistry

Crocodile Clips

o bun resurs n planificarea leciilor de utilizare a calculatorului. Profesorul utilizeaz modulele din aplicaia software sau creeaz propriile module, pas cu pas. n ambele cazuri, elevii / studenii au nevoie de o copie a acestor module i o foaie de lucru cu instruciuni i sarcini. Totodat, mpreun cu pachetul software Crocodile Clips, sunt furnizate o serie de tutoriale video. Acestea sunt prezentate sub forma unor clipuri video flash i ajut n mod evident utilizatorul n procesul de autoinstruire. Pachetul software Crocodile Clips prezint o interfa atractiv care l face potrivit pentru mediul educaional preuniversitar, oferind posibilitatea implementrii aplicaiilor Crocodile Clips nu reprezintcreate un instrument puternic care poate nlocui cu doar la nivelul experimentele periculoase sau scumpe, ci i un adevrat laborator succes nvmntului gimnazial. complementar n activitatea profesorilor i elevilor.

Crocodile Clips reprezint de asemenea

Crocodile Clips

Exemplu de experiment virtual care simuleaz o serie de aplicaii practice din domeniul Chimiei. Experimentul a fost realizat n vederea predrii noiunilor legate de caracterul chimic al soluiilor, conform programei de Chimie existente la nivelul clasei a VII-a. Pachetul Crocodile Chemistry permite realizarea n cadrul aceluiai experiment virtual a mai multor aplicaii practice, acestea putnd fi organizate n maxim 6 secvene. n cadrul aceleiai secvene pot fi definii o serie de pai succesivi, a cror nivel de dificultate poate crete n mod gradual. Elevii au urmrit pas cu pas fiecare aplicaie creat n secvenele componente ale experimentului i au rezolvat sarcinile de lucru propuse de ctre profesor. Experimentul a avut n vedere evidenierea caracterului chimic al soluiilor prin intermediul utilizrii indicatorilor chimici. Pe baza aplicaiilor imaginate de ctre profesor, s-au putut evidenia transformrile cromatice pe care indicatorii chimici (turnesol, fenolftalein i metiloranj) le manifest la introducerea lor n medii cu diverse caractere chimice.

Crocodile Clips

1) Cunoaterea semnificaiei urmtoarelor noiuni: soluie acid, soluie bazic, soluie neutr, indicator, pH;

Obiectivele leciei Soluii acide, soluii bazice i soluii neutre n cadrul creia a fost utilizat experimentul virtual menionat anterior au fost urmtoarele:

2) Simularea experimentelor propuse folosind instrumente virtuale n vederea determinrii caracterului chimic al unei soluii folosind indicatorii: turnesol, fenolftalein i metiloranj; 3) Interpretarea observaiilor fcute n urma parcurgerii experimentelor i stabilirea caracterul chimic al unor soluii precizate; 4) Efectuarea unor experimente virtuale pentru msurarea pH-ului cu ajutorul indicatorului universal; 5) Stabilirea caracterul chimic al soluiilor n funcie de valoarea pH-ului acestora.

Crocodile Clips

Dup prezentarea introducerii leciei n care s-au fcut cunoscute elevilor titlul leciei, obiectivele i modul de lucru (determinarea caracterului soluiilor prin intermediul utilizrii indicatorilor chimici), s-a explicat acestora modalitatea de utilizare a aplicaiilor experimentale virtuale. n continuare, elevii au realizat o serie de simulri demonstrative din care au determinat caracterul chimic al soluiilor prin msurarea pH-ului acestora. Prin conversaie euristic s-au reamintit noiunile: amestec de substane, amestec omogen, dizolvare i soluie. S-au clasificat soluiile dup caracterul lor chimic i s-a introdus noiunea de indicator, oferindu-se exemple de indicatori i precizndu-se culorile acestora la introducerea n trei tipuri de soluii. n continuare au fost parcurse de ctre elevi secvenele din experimentul virtual Soluii. Pentru exemplificare, se prezint faza final a secvenei 1 din experimentul creat (Fig. 1), n care elevii au determinat caracterul

Crocodile Clipsn cadrul secvenei 2 a experimentului, elevii i-au nsuit noiunea de caracter bazic al soluiilor prin utilizarea unei soluii de hidroxid de sodiu, folosind aceiai indicatori chimici.

Secvena 3 a propus determinarea caracterului chimic al soluiilor de clorur de calciu, clorur de amoniu (ipirig) i oet prin utilizarea acelorai indicatori, elevii identificnd caracterul fiecreia dintre soluiile propuse.

Crocodile Clips

Secvena 4 a experimentului virtual Soluii a fost dedicat determinrii aciditii sau bazicitii unei soluii prin intermediul utilizrii hrtiei de pH impregnat cu un indicator universal. Pentru aceasta a fost utilizat scala de pH pe care aplicaia software o pune la dispoziie. Pentru exemplificare, se prezint faza final a secvenei 4 din experimentul creat, n care elevii au determinat caracterul chimic i Urmrind aceeai pH-ul succesiune de pai, secvena 5 a experimentului a propus soluiilor de HCI, elevilor, ca aplicaie practic, determinarea caracterului chimic i a pH-ului NaOH i de clorur de calciu, clorur de amoniu (ipirig) i oet folosind soluiilor NaCl. indicatorul universal i scala de pH a acestuia.

CONCLUZII

Folosirea instrumentaiei virtuale - n cazul de fa, a instrumentelor propuse de pachetul software Crocodile Chemistry - pentru realizarea unor experimente virtuale specifice leciilor de chimie, prezint urmtoarele avantaje:

n acelai timp, folosirea excesiv a experimentelor virtuale n detrimentul utilizrii experimentelor reale de chimie prezint riscul ca elevii s nu-i formeze deprinderi de mnuire a ustensilelor i aparatelor de laborator, de manipulare a substanelor chimice i de observare atent a unui fenomen chimic. Profesorul, cel care proiecteaz activitatea de predare-nvareevaluare, trebuie s mbine toate metodele i s foloseasc toate

permite profesorului i elevilor s creeze rapid, uor i n siguran experimente virtuale necesare nelegerii unor fenomene chimice; nu se consum efectiv substane, nu se deterioreaz aparatura i ustensilele de laborator; nu se lucreaz n mediu toxic ca n cazul unui laborator real de chimie; sunt eliminate accidentele n cazul efecturii unor experimente cu grad ridicat de periculozitate; experimentele virtuale pot fi realizate ntr-un timp mult mai scurt; experimentul virtual prezentat poate nlocui cu succes experimentul real n situaia n care profesorul nu beneficiaz de substanele, materialele didactice i aparatura necesar.

BIBLIOGRAFIE ***, Micrel Lab @ DEIS - Unibo - Virtual Instrumentation, http://www-micrel.deis.unibo.it/~massimo/VI/indexVI.html

Gorghiu G. (coordonator) (2007), Aplicaii ale instrumentaiei virtuale n educaie, Editura Bibliotheca, Trgovite

Zaimovice-Uzunovice, N., Leme, S., Petkovice, D. (2001), Virtual Instruments - A Chance to Teach Engineering at a Distance, International Conference on Engineering Education ***, About Crocodile Clips, http://www.crocodile-clips.com/