Báo cáo khoa học phần mền mô phỏng phòng thi nghiệm
BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 1 MỞ ĐẦU Hóa học là một môn khoa học gắn liền với thực nghiệm với nhiều phản ứng thú vị nhưng cũng không kém phần nguy hiểm. Với điều kiện hiện nay tại các trường Trung học Cơ sở và Phổ thông Trung học thì việc chuẩn bị thí nghiệm trực quan hay tiến hành cho học sinh làm thí nghiệm còn gặp rất nhiều khó khăn. Thời gian được tự tay thực hành cũng như xem các giáo viên làm thí nghiệm thì không nhiều. Vì vậy, một phòng thí nghiệm ảo là cần thiết cho các giáo viên trong việc giảng dạy và các bạn học sinh làm thí nghiệm để nắm vững kiến thức đã học. Do đó trong bản báo cáo này tôi xin giới thiệu phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry, một phần mềm đang được sử dụng nhiều trong các trường học trên thế giới nhằm mục đích giúp cho giáo viên và học sinh biết, ứng dụng phần mềm trong dạy và học. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 2 NỘI DUNG I.ĐẶT VẤN ĐỀ: Hiện nay, trong các trường phổ thông trung học và cơ sở việc tiến hành thí nghiệm phần lớn là do giáo viên làm và biểu diễn trực quan. Học sinh rất ít khi được tự tay tiến hành một thí nghiệm. Đặc biệt có một số trường việc tiến hành thí nghiệm minh họa bài học không có, học sinh phải tự tưởng tượng thí nghiệm. Do đó việc nắm vững và sử dụng kiến thức hóa học của học sinh gặp nhiều khó khăn. Đối với giáo viên dạy Hóa nếu không có thí nghiệm trực quan minh họa cũng sẽ rất khó khăn trong việc giảng dậy. Có một số trường trang bị đầy đủ phòng thí nghiệm và có điều kiện để cho học sinh thực nghiệm nhưng cũng không thường xuyên tiến hành thí nghiệm vì nhiều lí do khác nhau. Thứ nhất, việc tiến hành thí nghiệm phải được chuẩn bị kỹ càng và mất nhiều thời gian. Giáo viên phải chuẩn bị và tiến hành trước. Điều này gây lên tâm lí ngại làm thí nghiệm ở giáo viên. Thứ hai, học sinh thường không lường trước được sự nguy hiểm của các phản ứng nên có thể xảy ra sự cố trong phòng thí nghiệm do học sinh nghịch ngợm hóa chất. Thứ ba, có những phản ứng đặc biệt nguy hiểm nếu thao tác không chính xác sẽ gây ra tai nạn. 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. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 3 II.GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM VÀ CÁCH SỬ DỤNG 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 các bạn 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 1: Phần mềm mô phỏng Crocodile Chemistry 2.1.Cách sử dụng 2.1.1.Các thanh công cụ Giao diện của phần mềm này tương đối đơn giản hơn so với các phiên bản trước. Trên thanh công cụ (Toolbars) gồm các thanh chức năng File : để tạo mới , mở hoặc lưu giữ một file. Edit: để chỉnh sửa và thao tác di chuyển trên màn hình. View: Để định dạng cách biểu diễn hiển thị màn hình của chương trình Scene: Tạo các phần trình chiếu khác nhau trong một file. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 4 2.1.2.Các nút chức năng trong phần mềm. -Nằm ở phía bên trái của màn hình ta thấy có 3 thanh a/Content: Lưu trữ các thí nghiệm đã thiết kế sẵn +Getting Start: Gồm các thí nghiệm đơn giản mô phỏng hướng dẫn sử dụng phần mềm +Classifying Material: Cấu trúc phân tử chất và sự biến đổi cấu trúc đó khi phân tử bị chuyển đổi thành các trạng thái khác nhau. +Equation and Amount:Mô tả các phương trình hóa học cơ bản để trình diễn. +Reaction rate:Nêu thi nghiệm chứng minh ảnh hưởng của các yếu tố đến tốc độ phản ứng +Enery: Giới thiệu các thí nghiệm minh họa về nhiệt phản ứng và các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt phản ứng. +Water and Solution:Giới thiệu các phản ứng của phần dung dịch. +Acid, Base and salt: Giới thiệu các thí nghiệm minh họa về axit,bazơ và muối +Electrochemistry: Giới thiệu các thí nghiệm minh họa cho phần điện hóa +The periodic Table: Giới thiệu các phản ứng minh họa về các nhóm trong bảng Hệ Thống Tuần Hoàn. +Rocks and Metals:Giới thiệu các phản ứng ở pha rắn +Identifying Subtances: Giới thiệu các phương pháp nhận biết chất. +Online Content: Các trợ giúp trực tuyến +My Content : Chúng ta có thể tự tạo ra các thí nghiệm của riêng mình phục vụ cho từng phần học. b/Parts Library: Nơi chứa các dụng cụ và hóa chất thí nghiệm +Chemicals: Hóa chất chúng ta có thể lựa chọn các hóa chất từ đây +Equipment: Các thiết bị thí nghiệm gồm : các thiết bị nhiệt phân ,điện phân, nhiệt kế, áp kế, vòi nút, cao su……. +Glassware: Dụng cụ thủy tinh gồm cốc, ống nghiệm, bình nón (Elenmayer), bình cầu………… +Indicator: Gồm các chất chỉ thị và các bảng mầu so sánh chỉ thị. +Presentation: Gồm các bảng biểu đi kèm với các thí nghiệm mang tính định lượng c/Properties: Thể hiện trạng thái của chất hoặc công cụ ta đang xét 2.1.2.Màn hình biểu diễn: nằm phía bên trái, khi chúng ta lấy dụng cụ và hóa chất ta sẽ giữ chuột và kéo sang phía màn hình. Màn hình có thể chia ra nhiều Scene bằng thanh (-) và thanh (+) nhằm mục đích có thể biểu diễn một lúc nhiều thí nghiệm. 2.2.Hóa chất -Hóa chất trong phần mềm được chia ra làm nhiều dạng phù hợp với các mục đích định tính cũng như định lượng.Các dạng hóa chất -Solid: Dạng rắn +Lump : Dạng thỏi (dạng cục) +Powder : Dạng bột. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 5 Fine Powder (Dạng bột mịn), Medium Powder (Dạng hạt), Coarse Powder (Dạng thô) +Liquids:Dạng lỏng +Solution: Dạng dung dịch +Gases: Dạng khí Ngoài ra hóa chất còn chia ra làm hai loại Purity (Tinh khiết) và Impurity( Không tinh khiết). III/GIỚI THIỆU 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. 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. 3.1.Thí nghiệm Halogen mạnh đẩy halogen yếu ra khỏi dung dịch muối Phản ứng Cl 2 + 2KI KCl + I 2 Tiến hành: Bước 1: Vào File\New màn hình mới sẽ hiện ra. Bước 2: Vào Parts Library\chemical\gases rồi chọn Chlorine (Cl 2 ) (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 Cl 2 đến một đầu vòi (bằng cách nhấp chuột lên đầu bình đựng Cl 2 rồi kéo dài về phía vòi trên nút ống nghiệm). BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 6 Hình 2: Ảnh minh họa thí nghiệm cho Cl 2 tác dụng với KI -Ta sẽ thấy dung dịch KI sẽ chuyển dần sang mầu tím đó là mầu của I 2 3.2.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 Bước 4: Nối Cu vào cực (+) và Cacbon vào cực (-). Bước 5:Vào Parts Library\chemical\sulfates chọn Copper sunfate (CuSO 4 ) rồi đổ vào cốc. Bước 6: Đóng khóa điện và quan sát hiện tượng xảy ra. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 7 Hình 3: Ảnh minh họa thí nghiệm dương cực tan Ta sẽ thấy cực Cu tan dần và Cu bám sang cực Cacbon. 3.3.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 CaCO 3 dạng thô, HCl với các nồng độ khác nhau 0.5M và 1 M. 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 CaCO 3 . 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. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 8 Hình 4: Ảnh minh họa thí nghiệm ảnh hưởng của nồng độ đến tốc độ phản ứng 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. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 9 KẾT LUẬN Qua các nghiên cứu vế phần mềm và tiến hành xây dựng một số phần mềm mô phỏng tôi thấy phần mềm có một số ưu điểm sau -Giao diện ở phần mềm phiên bản 6.05 dễ dùng và dễ sử dụng, với khối lượng dụng cụ và hóa chất phong phú hơn so với các phiên bản trước. - 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. 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. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1, Crocodile Group, http://www.crocodile-clips.com/shared/videos/ch/ Crocodile_ Chemistry_training.zip 2, Lê Thị Thu, http://www.hoahocvietnam.com/Home/Tin-hoc-trong-hoa-hoc/ Crocodile-Chemistry-Phong-thi-nghiem-hoa-h.html. . BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 1 MỞ ĐẦU Hóa học là một môn khoa học gắn liền với thực nghiệm với nhiều phản. BÁO CÁO KHOA HỌC NGUYỄN VIỆT HÀ 9 KẾT LUẬN Qua các nghiên cứu vế phần mềm và tiến hành xây dựng một số phần mềm mô phỏng tôi thấy phần