Досвід спільного використання віртуальної лабораторії з хімії ЄНКу та цифрової лабораторії АРХІМЕД

Електронна бібліотека видань програми "МДУ-школі"

Досвід спільного використання віртуальної лабораторії з хімії ЄНКу та цифрової лабораторії АРХІМЕД у дослідницькій роботі школярів

Найбільш адекватною та привабливою формою розвитку обдарованості у системі загальної освіти є залучення учня до дослідницької діяльності. У Центрі освіти «Самбо-70» діти займаються не лише спортом, вони здобувають весь необхідний комплекс освітніх дисциплін. Нещодавно ми освоїли новий для нас продукт – віртуальну лабораторію Yenka та здійснили інтеграцію віртуального практикуму з реальним експериментом з використанням цифрової лабораторії «АРХІМЕД».

Робота "Порівняння результатів, отриманих у віртуальній лабораторії, на досвіді з цифровою реєстрацією даних", була виконана учнями "Самбо-70" під керівництвом вчителя хімії Попової Тетяни Віталіївни.

Відомо, що поряд із цифровими лабораторіями, існують і віртуальні. Якщо в результатах, отриманих у реальних експериментах, за допомогою цифрової лабораторії ми впевнені, то віртуальна лабораторія викликала у нас деякі сумніви. З одного боку, ми отримуємо повну свободу дій, і без ризику можемо поєднувати будь-що і з чим завгодно, але з іншого боку, постає питання: віртуальна лабораторія була створена програмістом з метою розваги, чи справжніми знавцями, яким можна довіряти? Тому ми вирішили порівняти результати, отримані у віртуальній лабораторії із результатами реального експерименту.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання:

Вивчити вплив матеріалу тигля на нагрівання води;
Визначити теплотворну здатність різних видів палива(етиловий спирт, оливкова олія, цукор);
Дослідити залежність виділеного тепла від зміни температури рідини, що нагрівається;
Вивчити можливості віртуальної лабораторії Yenka та здійснити інтеграцію із цифровою лабораторією «Архімед».

Щоб визначити тепло, що виділяється під час горіння, підраховуємо енергію, витрачену на нагрівання відомої кількості води (20 г) при спалюванні етанолу, оливкової олії та цукру.

У нашому розпорядженні була цифрова лабораторія "Архімед". Порівняно з традиційними лабораторіями, «Архімед» дозволяє суттєво скоротити час на організацію та проведення робіт, підвищує точність та наочність експериментів, надає практично необмежені можливості щодо обробки та аналізу отриманих даних. Для роботи ми використовували датчик температури DT029 та реєстратор даних NOVA5000.

Спочатку ми вивчили вплив матеріалу тигля (з порцеляни та з алюмінієвої фольги) на нагрівання води. Теплопровідність алюмінію вища за теплопровідність кераміки і наш експеримент це підтверджує. Однак, тигель із фольги виявився незручним у використанні і ми відмовилися від нього.

Всі наступні експерименти проводилися у фарфоровому тиглі. Ми виробили нагрівання 20 мл води, використовуючи як паливо цукор, спирт, оливкову олію.

Величину зміни температури води (Т) визначали за графіком, а кількість тепла (Q, кДж), поглиненого водою, розрахували за допомогою рівняння.

Після представлення трьох графіків на одній площині, стало очевидним, що олія має найбільшу теплотворну здатність.

Після математичної обробки результатів ми отримуємо формулу, з якої можна отримати практичну вигоду. Можемо дізнатися масу палива, необхідного для нагрівання води дотемператури кипіння.

Для віртуального експерименту ми використали лабораторію Yenka. Все необхідне виявилося у списку моделей лабораторії, після чого приступили до першого досвіду, в якому нагрівали воду на спирту, що горить. Це було нам потрібне для того, щоб оцінити достовірність віртуального експерименту, порівнявши його зі справжнім, який до цього часу вже виконали. Ми змоделювали процес нагрівання води (20 мл) на гарячому спирті, вугіллі та глюкозі.

Розмістивши всі три графіки на одній площині, стало зрозуміло, що віртуальне моделювання показує вугілля як найкраще паливо, потім глюкоза та спирт.

У досвіді з етанолом ми отримали те ж саме рівняння, що й у цифровій лабораторії. На цій підставі ми зробили висновок, що даним, отриманим у віртуальному експерименті, з вугіллям та цукром, можна вірити.