CHƯƠNG 2. LÝ LUẬN VÀ ỨNG DỤNG CÁC PHẦN MỀM DẠY HỌC ĐỂ XÂY DỰNG PHÒNG THÍ NGHIỆM ẢO
2.2. Ứng dụng các phần mềm dạy học để xây dựng phòng thí nghiệm ảo
2.2.1. Phòng thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry
2.2.1.1 Đặt vấn đề
Căn cứ vào nhu cầu thực tại các trường học, vậy vấn đề đặt ra là làm sao vẫn có thể tiến hành các thí nghiệm để học sinh hiểu và nắm vững bài học nhưng vẫn tiết kiệm thời gian và không gây nguy hiểm. Phần mềm Crocodile Chemistry sẽ đáp ứng được các yêu cầu đó. Ngoài ra phần mềm còn giúp cho học sinh biết được quá trình diễn biến của phản ứng để nhận biết các phản ứng nguy hiểm trước khi vào phòng thí nghiệm thực.
Vì vậy hiểu và ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry là thực sự cần thiết cho cả giáo viên và học sinh.
2.2.1.2. Giới thiệu về phần mềm và cách thiết kế thí nghiệm 2.2.1.2.1. Giới thiệu về phần mềm Crocodile Chemistry
Trong bản báo cáo này tôi xin giới thiệu phần mềm Crocodile Chemistry phiên bản 6.05, đây là phiên bản mới nhất được cập nhật vào tháng 3 năm 2008.
Phần mềm được tải từ trang Web www.crocodile.org. Sau khi tải về thực hiện cài đặt phần mềm vào máy của mình. Tiến hành chạy file CrocodileChemistry.exe
Phần mềm có giao diện đẹp mắt và thuận tiện cho người sử dụng
Hình 2. Phần mềm mô phỏng Crocodile Chemistry
22
Crocodile Chemistry : mô phỏng phòng thí nghiệm Hóa Học ngay trên chính PC của bạn, nơi bạn có thể thực hiện các cuộc thí nghiệm hóa học một cách an toàn và dễ dàng.
Công việc hết sức dễ dàng, bạn chỉ cần kéo hóa chất, thiết bị, lọ thí nghiệm ... từ bên trái màn hình và kết hợp chúng như bạn muốn. Bạn có thể chọn số lượng chất, loại hình phản ứng và phản ứng sẽ diễn ra ngay khi bạn trộn lẫn chúng. Những đồ thị sẽ phân tích dữ liệu từ cuộc thí nghiệm của bạn, những phân tích này sẽ diễn ra trong không gian 3D.
Hình 2.1: Phần mềm mô phỏng thí nghiệm Crocodile Chemistry
Có 63 đồ dùng trong Crocodile Chemistry được thiết kế xung quanh chương trình khoa học mới làm cho việc sử dụng trở nên dễ dàng hơn nhiều để thiết lập những cuộc thí nghiệm của bạn. Mỗi đồ dùng giải quyết một đề tài đặc biệt từ chương trình khoa học. Trong mỗi ngăn đồ dùng bạn sẽ tìm thấy một mô hình để bắt đầu, đây là một môi trường làm sẵn nơi bạn có thể thiết lập cuộc thí nghiệm của bạn. Bạn cũng sẽ tìm thấy hóa chất, thiết bị bạn cần và thiết lập như bạn muốn. Kéo những thứ bạn cần vào màn hình và những cuộc thí nghiệm của bạn đã sẵn sàng
+ Chọn số lượng, loại hình phản ứng :
Crocodile Chemistry cung cấp nhiều tính năng linh hoạt hoạt hơn phần mềm khoa học khác. Như một thư viện đồ dùng, hóa chất với cơ cấu dễ dàng, bạn
23
hoàn toàn có thể sử dụng nhiều hóa chất, số lượng dùng và kết hợp chúng như bạn muốn. Bạn có thể dạy cho sinh viên theo cách của riêng mình cho họ thấy những phản ứng bạn muốn.
+ Mô phỏng theo thời gian thực :
Bạn có thể thí nghiệm chính xác những điều bạn muốn. Chẳng hạn, đặt tập trung chính xác vào một giải pháp, nên chăng sử dụng bột thô hay dung dịch. Khả năng linh hoạt của Crocodile Chemistry là rất lớn, bạn có thể thay đổi những tham số giúp đỡ bạn minh họa những phản ứng khác nhau, những hiệu ứng của việc thay đổi những điều kiện là vai trò của năng lượng trong hóa học, nó cũng giúp đỡ với phép lấy vi phân... Mở rộng những khả năng của sinh viên hay đơn giản hóa những đề tài cho những học sinh, sinh viên. Với những đồ dùng mới bạn chỉ cần thay đổi những thiết đặt khi bạn muốn, xây dựng mô hình theo ý bạn, bạn sẽ thấy thoải mái khi làm việc với phần mềm.
+ Số liệu thời gian thực
Công cụ đồ thị mạnh sẽ phác họa bất kỳ số lượng nào trên mọi trục. Chẳng hạn, độ pH chống lại thể tích, dễ dàng để thiết lập thêm bớt đồ thị kéo, một ký hiệu đích lên trên bình được chọn, lựa chọn cái gì để phác họa ...
Những đồ thị được phác họa trong thời gian thực sống động trên màn hình, đồng thời mỗi bình có một cửa sổ thông tin mà những phản ứng biểu diễn, những tính chất vật lý, những khối lượng phản ứng được mô phỏng theo thời gian thực của phản ứng. Bạn có thể tùy biến những hiển thị như thế nào để thỏa mãn những nhu cầu lớp của bạn
2.2.1.2.2. Cách thiết kế một thí nghiệm hóa học
Với một lượng hóa chất và thiết bị tương đối phong phú và đầy đủ ta có thể tiến hành phần lớn các thí nghiệm hóa học trong chương trình phổ thông. Nhưng chúng ta cũng không nên quá lạm dụng việc sử dụng phần mềm. Các thí nghiệm đơn giản có thể thực hiện được thì nên cố gắng để học sinh tự thực nghiêm. Vì làm thì nghiệm trên thực tế thu được kết quả cao hơn đối với các thí nghiệm ảo.
24
Chúng ta chỉ nên làm thí nghiệm ảo với các thí nghiệm mà trong phòng thí nghiệm của chúng ta không có đầy đủ hóa chất và thiết bị thí nghiệm, hoặc là những phản ứng nguy hiểm.
Ví dụ 1: Thí nghiệm Halogen mạnh đẩy halogen yếu ra khỏi dung dịch muối Phản ứng Cl2 + 2KI KCl + I2
Tiến hành:
Bước 1: Vào File\New màn hình mới sẽ hiện ra.
Bước 2: Vào Parts Library\chemical\gases rồi chọn Chlorine (Cl2) (giữ chuột trái và kéo ra màn hình)
Bước 3: Vào Parts Library\chemical\Halides rồi chọn Potassium iodine (KI) Bước 4: Vào Parts Library\Glassware\Standard chọn test tube (ống nghiệm)
Bước 5: Vào Parts Library\Equipment\Stopper\small (hoặc large) rồi chọn two tubes ( nút có 2 vòi)
Bước 6: Cho KI vào ống nghiệm bằng cách nhấp chuột vào lọ đựng KI rôi kéo đổ về phía ống nghiệm.Ta có thể chỉnh nồng độ và thể tích của KI bằng cách thay số ở trên lọ hóa chất.
Bước 7: Lắp nút có 2 vòi lên ống nghiệm
Bước 8: Kéo một đường dẫn từ bình đựng khí Cl2 đến một đầu vòi (bằng cách nhấp chuột lên đầu bình đựng Cl2 rồi kéo dài về phía vòi trên nút ống nghiệm).
Ta sẽ thấy dung dịch KI sẽ chuyển dần sang mầu tím đó là mầu của I2
Ví dụ 2: Thí nghiệm chứng minh hiện tượng dương cực tan
Khi điện phân dung dịch điện cực duong được làm từ kim loại giống với kim loại tạo ra ion của muối thì sẽ xảy ra hiện tượng dương cực tan.
Bước 1: Vào Parts Library\Glassware\Standard chọn beaker 100ml (Cốc thủy tinh) Bước 2: Vào Parts Library\Equipment\Electrochemistry\electrodes chọn 2 điện cực Cacbon và Copper (Đồng).
Bước 3:Vào Parts Library\Equipment\Electrochemistry chọn battery (điện cực) có thể điều chỉnh hiệu điện thế và cường độ dòng của điện cực và chọn Switch (khóa).Lắp khóa vào sơ đồ mạch điện
25
Bước 4: Nối Cu vào cực (+) và Cacbon vào cực (-).
Bước 5:Vào Parts Library\chemical\sulfates chọn Copper sunfate (CuSO4) rồi đổ vào cốc.
Bước 6: Đóng khóa điện và quan sát hiện tượng xảy ra.
Ta sẽ thấy cực Cu tan dần và Cu bám sang cực Cacbon.
Ví dụ 3: Thí nghiệm mô phỏng ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng Bước 1: Tiến hành tương tự như ở 2 bài thí nghiệm trên ta lấy các dụng cụ và hóa chất gồm: 2 ống nghiệm, 2 ống pitong dạng ống tiêm đo khí, 2 nút 1 vòi, hóa chất gồm CaCO3 dạng thô, HCl với các nồng độ khác nhau 0.5M và 1M.
Bước 2: Vào Vào Parts Library\Presentation chọn Graph vì ở đây tôi tiến hành khảo sát đồng thời 2 thí nghiệm nên tôi biểu diễn sự biến đổi thể tích đồng thời trên một đồ thị. Nhấp chuột phải vào đồ thị chọn Properties. Nhìn sang màn hình bên trái phần
Properties chọn Traces( đường biểu diễn) chọn traces 2. Sau đó nhấp Show traces.
Nối liền đồ thị với ống đo thể tích từ hình dấu thập tròn. Nhấp chuột trái vào chữ Property trên đồ thị và chọn dạng Volume (thể tích) nếu đo các đại lượng khác thì ta chọn tương ứng. Ta có thể điều chỉnh tỷ lệ trên đồ thị cho phù hợp.
Bước 3: Cho vào mỗi ống 20 ml HCl 0.5 M và 1 M sau đó cho vào mỗi ống nghiệm 0.6 g CaCO3 . Nhấp nút Pause (tạm dừng). Điều này chỉ có thể làm được trên phần mềm còn trên thực tế chúng ta phải làm thật nhanh. Sau đó nhấn nút Play (tiến hành) và quan sát hiện tượng.
Kết quả chúng ta quan sát thấy ở thí nghiệm với HCl 1M phản ứng tiến hành nhanh hơn điều này hoàn toàn phù hợp với lý thuyết khi nồng độ các chất tham gia phản ứng tăng thì tốc độ phản ứng tăng.
2.2.1.3. Nhận xét
Các thí nghiệm diễn ra với các hiện tượng tương đối giống với thực tế sẽ giúp cho học sinh có được sự trực quan sinh động hơn.
Các số liệu đo ở trong phần mềm là khá chính xác phù hợp với các định luật hóa học, điều này sẽ giúp cho các học sinh có thể hiểu và thực hiện các phép đo định lượng.
26 Nhưng phần mềm vẫn có một nhược điểm:
Các thí nghiệm nêu ra là các thí nghiệm vô cơ, không có thí nghiệm về hữu cơ điều này làm hạn chế ứng dụng của phần mềm trong việc giảng dậy hóa hữu cơ.