Материал: Разработка интерактивных компонентов для виртуальных лабораторных практикумов

В данный блок входит 4 лабораторных работы:

·        Приготовление раствора заданной концентрации: соль + вода;

·        Приготовление раствора заданной концентрации: соль + раствор;

·        Приготовление раствора заданной концентрации: раствор + вода;

·        Приготовление раствора заданной концентрации: раствор + раствор.

Блок 3. Изучение окислительно-восстановительных реакций

Характер многих окислительно-восстановительных реакций зависит от среды, в которой они протекают. Для создания кислой среды чаще всего используют разбавленную серную кислоту; для создания щелочной среды чаще всего используют растворы сильной щелочи; для создания нейтральной среды используют дистиллированную воду. Для составления уравнений ОВР надо знать, от каких атомов, молекул или ионов и к каким атомам, молекулам или ионам переходят электроны и в каком количестве. Поэтому студенту необходимо составить уравнения ОВР; расставить в них стехиометрические коэффициенты; провести ОВР с участием различных веществ.

В данный блок входит 5 лабораторных работ:

·        Изучение окислительно-восстановительных реакций: йодид калия + пероксид водорода;

·        Изучение окислительно-восстановительных реакций: йод + сульфит натрия;

·        Изучение окислительно-восстановительных реакций: йодид калия + раствор хлора;

·        Изучение окислительно-восстановительных реакций: перманганат калия + сульфит натрия;

·        Изучение окислительно-восстановительных реакций: перманганат калия + нитрит натрия.

Блок 4. Комплексные соединения

Каждое из комплексных соединений имеет характерный цвет. Их окраска зависит от типа лигандов и комплексообразователя. Студенту необходимо получить различные комплексные соединения.

·        Получение комплексных соединений: нитрат серебра + хлорид натрия;

·        Получение комплексных соединений: реакции с аммиаком;

·        Получение комплексных соединений: сульфат диамин меди + цинк;

·        Получение комплексных соединений: перманганат калия + гексоцианноферрат (II) калия.

Блок 5. Гидролиз солей

При растворении солей в воде происходит обменная реакция между молекулами воды и растворенного вещества - гидролиз. Он бывает обратимый и необратимый. Положение равновесия обратимого гидролиза зависит от того, какой электролит слабее - вода или образующееся соединение. Вода - слабый электролит. Студент должен наблюдать изменение pH при растворении вещества в воде, так как оно является одним из основных признаков протекания в растворе гидролиза.

В данном блоке было целесообразно объединить все реакции гидролиза с участием разных солей в одну работу по причине сильного единообразия кода, так как различие только в цвете индикаторов:

·        Гидролиз солей.

Блок 6. Определение концентрации раствора титрованием

Студенту необходимо определить точное значение концентрации раствора карбоната натрия титрованием. Для этого он постепенно прибавляет к определенному объему исследуемого (титруемого) раствора другй раствор, концентрация которого известна, до тех пор, пока вещества, содержащиеся в этих растворах, не прореагируют без остатка. Момент окончания реакции - конечную точку титрования - определяется при помощи индикатора (метилоранж, лакмус, фенолфталеин), добавляемого к титруемому раствору. Цвет индикатора изменится в точке эквивалентности - конечной точке титрования.

В данном блоке было целесообразно представить одну работу по причине ее длительности и тщательности действий:

·        Определение концентрации раствора титрованием

виртуальный лаборатория мультимедийный код

3.4 Пример лабораторной работы

Выполнение работы «Определение состава кристаллогидрата CuSO₄» начинается со взвешивания пустого тигля (рис. 3.14).

Рис. 3.14. Взвешивание пустого тигля.

Далее предлагается взвесить тигель с кристаллогидратом (рис. 3.15).

Рис. 3.15. Взвешивание тигля с кристаллогидратом.

В обеих сценах используется один и тот же тигель в разных состояниях, заключенных в разные кадры внутренней временной линии объекта. Весы с числом на них и без - разные состояния одних и тех же весов. Значение же массы на весах подставляется программно.

Далее требуется прокалить тигель с кристаллогидратом. Ожидание прокаливания привязано к счетчику, который запускается парой невидимых кадров внутри пустого объекта (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Прокаливание тигля с кристаллогидратом.

Далее требуется охладить кристаллогидрат в эксикаторе (рис. 3.17).

Рис. 3.17. Охлаждение кристаллогидрата.

Далее несколько раз чередуются действия:

1)      Взвесить тигель с кристаллогидратом;

)        Прокалить тигель с кристаллогидратом;

)        Охладить кристаллогидрат в эксикаторе.

Эти процедуры проводятся в совокупности три раза - до тех пор, пока масса кристаллогидрата не перестанет изменяться. В конце работы пользователю предлагают определить количество молекул воды в формуле кристаллогидрата, сравнив его массу до прокаливания и после последнего прокаливания. Обозначив неизвестной величиной множитель молярной массы воды, составляем уравнение, задействовав молярную массу кристаллогидрата, и таким образом получаем количество молекул H₂O.

3.5 Руководство программиста

Виртуальный лабораторный практикум по дисциплине «Общая химия» разработан посредством мультимедийной платформы Adobe Flash CS 6 с использованием объектно-ориентированного языка программирования Action Script 3.0.

Интерактивные лабораторные работы в составе лабораторного практикума представляют собой скомпилированные исполняемые файлы с расширением *.swf, которые внедрены в HTML-страницы для их корректного отображения и масштабирования.

Каждая виртуальная лабораторная работа соответствует одному из блоков практикума по общей химии. Выполнение лабораторных работ предполагает взаимодействие с пользователем (нажатие управляющих кнопок, ввод текстовых данных и т.д.).

В ходе выполнения лабораторных работ производится анализ входной информации (действия пользователя) и вывод соответствующих выходных данных (отклик программы на совершенные действия).

Условиями выполнения программы являются наличие ПК с процессором Intel Pentium III и выше, операционной системы: MS Windows XP и выше, Linux, FreeBSD, OpenBSD, MacOS X, оперативной памяти не менее 512 МБ. Также программа была адаптирована под Android и протестирована на нескольких смартфонах и планшетах.

Необходимое программное обеспечение:

Интернет-браузер с графической оболочкой и поддержкой JavaScript (Google Chrome, Mozilla Firefox, Safari, Opera, Internet Explorer, Яндек.Браузер и др.).

Дистрибутив: Adobe Flash Player (версии 10 и выше).

Для создания виртуального лабораторного практикума использовался встроенный в среду разработки Adobe Flash объектно-ориентированный язык программирования ActionScript 3.0.

Для работы с виртуальным лабораторным практикумом не требуется как установка дополнительного программного обеспечения, как и обязательное подключение к сети Интернет. Для корректного отображения требуется только установленная на ПК или иное устройство пользователя программа воспроизведения flash-контента Adobe Flash Player (10 версии и выше), которая, как правило, является встроенным плагином в современных веб-браузерах (Internet Explorer, Mozilla firefox, Google Chrome, Opera, Safari и другие).

Виртуальный лабораторный практикум и лабораторные работы в его составе работают стабильно, тестирование не выявило сбоев и ошибок выполнения. Количество запусков не лимитировано и возможен свободный порядок выполнения лабораторных работ.

Для запуска виртуального лабораторного практикума потребуется интернет-браузер со встроенным в него плагином воспроизведения flash-контента Adobe Flash Player (10 версии и выше). Имеющийся скомпилированный файл index.html должен быть программно распознан установленным на устройстве пользователя интернет-браузером, но если этого не произошло, следует щелкнуть правой кнопкой мыши по файлу и выполнить команду: «Открыть с помощью...» (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Запуск виртуального лабораторного практикума.

Затем в появившемся выпадающем списке выбрать иконку с изображением интернет-браузера. Если в списке нет интернет-браузера, следует выбрать пункт «Выбрать программу…» и в открывшемся окне так же выбрать иконку с доступным интернет-браузером и нажать кнопку «ОК» (рис. 3.19). После этого откроется окно браузера и начнется загрузка виртуального лабораторного практикума.

Входными данными для пользовательского интерфейса виртуального лабораторного практикума являются действия пользователя: нажатия мышью по управляющим кнопкам и элементам, ввод данных в текстовые формы, выбор элемента из выпадающего списка и т.п.

Выходными данными практикума являются отклики программ на действия пользователя: переход к подменю выбранных элементов рабочего экрана; выдача подсказок виртуального помощника для дальнейших действий по ходу выполнения лабораторной работы; оценка выполненного задания и вынесение итогового балла в специализированную текстовую форму и проч.

Сообщения во время выполнения лабораторных работ носят информативный характер: они регулируют действия пользователя и помогают ему перейти к правильному дальнейшему этапу выполнения работы, а так же дают некоторые полезные сведения об элементах на рабочей области.

Выводы

•        Освоены методики и стилистики ранее созданных лабораторных работ виртуального лабораторного практикума как по общей, так и по неорганической химии.

•        Разобраны сценарии выполнения лабораторных работ по общей химии, осуществлено знакомство с программным кодом этих работ, проведен критический анализ.

•        Выделены стандартные компоненты, которые могут быть использованы для виртуальных практикумов, формализованы алгоритмы операций с данными компонентами.

•        Переработан имеющийся программный код для устранения недостатков и его оптимизации, разработано недостающее программное обеспечение для расширения функционала и возможностей.

•        Создан программный код, реализующий основные операции с компонентами, сформирован виртуальный лабораторный комплекс с использованием настраиваемых параметров интерактивных компонентов.

•        Проведено объединение в единый виртуальный практикум переработанных блоков работ с разработанными ранее блоками работ по дисциплинам “Общая химия” и “Неорганическая химия”.

Список литературы

1.      Алпатова Э. С. Современное высшее образование в России и за рубежом: проблемы и вызовы времени // Современная наука: актуальные проблемы теории и практики. 2012. № 5-6. С. 42-47.

2.      Стариченко Б. Е. Синхронная и асинхронная организация учебного процесса в вузе на основе информационно-технологической модели обучения // Педагогическое образование в России. 2013. № 3. С. 23-31.

3.      Абдулгалимов Р. М., Абдулгалимова Г. Н. Информационные и коммуникационные технологии в системе медицинского образования // Мир науки, культуры, образования. 2013. № 1 (38). С. 3-5.

4.      Беспалько В. П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения: учебное пособие. Москва: Институт профессионального образования, 1995. 86 с.

5.      Стариченко Б. Е. Методика использования информационно-коммуникационных технологий в учебном процессе: учебное пособие. Ч. 1: Концептуальные основы компьютерной дидактики. Екатеринбург: УрГПУ, 2013. 141 с.

6.      Сатурина А. Достоинства и недостатки (этапы развития обучения с использованием компьютерных технологий) // Образование в документах. 2014. № 3. С. 48.

7.      Полат Е.С., Бухаркина М.Ю., Моисеева М.В., Теория и практика дистанционного обучения: Учебное пособие. // - М.: «Академия». - 2004. - 416 с.

8.      Полат Е.С., Моисеева М.В., Петров А.Е., Педагогические технологии дистанционного обучения. // - М.: «Академия». - 2006. - 272 с.

9.      Цибульский Г.М., Герасимова Е.И., Ерошин В.В., Модели обучения автоматизированных обучающих систем: Сетевой электронный научный журнал. // - М.: «Системотехника». - 2004. - №2. - 436 c.

10.    Успех в жизни. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: #"897471.files/image030.jpg">