IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Химические свойства неорганических веществ (мобильное приложение для подготовки к экзамену по химии)
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Рано или поздно можно будет сделать так, чтобы человек жил вечно или хотя бы достаточно долго. Но будет ли это иметь смысл? Я думаю – нет. Я считаю, что нужно сделать так, чтобы человек прожил полноценную жизнь, и не был физически ограничен в своих возможностях, вопреки своим желаниям и мечтам.
Часто случается так, что талантливый человек, готовый внести вклад в развитие человечества, становится мишенью смертельного заболевания. И это морально, а с течением времени и физически, мешает ему продолжать свою деятельность.
В будущем я хочу заняться трёхмерной печатью органов человека. Это поможет уменьшить потребность в донорских органах, а в будущем, возможно, и заменить их. К тому же, если орган построен из собственных клеток человека, то отторжение организмом пересаженного органа практически сводится к нулю, также, как и риск осложнений после операции.
Для того чтобы начать работать в этом направлении, мне понадобится знание химии, биологии, медицины и других наук. При этом, на мой взгляд, именно химия выступает «локомотивом», необходимой базой для понимания биологических процессов в организме. Кроме того, успех реализации проектов в современном мире во многом зависит от применения IT-технологий.
Проблема:
Я не нашел мобильного приложения для изучения и закрепления знаний по химическим свойствам неорганических веществ с описанием всех условий протекания реакций, и решил разработать его сам.
Актуальность темы:
Для успешной сдачи экзамена по химии необходима серьезная и целенаправленная подготовка. Один из важных блоков вопросов – химические свойства неорганических веществ. Полноценно разобраться и систематизировать знания по данному направлению сложно без наглядного, простого в восприятии и близкого современным школьникам варианта получения знаний. Реализация проекта с привлечением интерактивных методов изучения материала повышает доступность и эффективность обучения.
Цель:
Создать мобильное приложение «Химические свойства неорганических веществ» для подготовки к экзамену по химии.
Задачи:
Изучить классификацию неорганических веществ;
Изучить химические свойства неорганических веществ;
Изучить условия протеканий реакций;
Практически выполнить и записать на видео реакции, подтверждающие химические свойства металлов, неметаллов, оксидов, гидроксидов и солей;
Описать условия протекания каждой реакции;
Разработать интерфейс интерактивного пособия для демонстрации опытов и теоретического материала;
Создать элементы навигации и обеспечить информационное наполнение интерактивного пособия;
Внести окончательные коррективы в информационную составляющую приложения;
Провести апробацию интерактивного пособия.
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Классификация неорганических веществ
Вещества очень разнообразны, поэтому необходимо их классифицировать. Классификация – это распределение объектов на группы по каким-либо признакам. Вещества принято делить на группы по составу: простые и сложные, последние делятся на органические и неорганические, неорганические, в свою очередь, на оксиды, основания, кислоты и соли.
Такая классификация принята при изучении неорганической химии в школе. Каждая группа веществ подразделяется дальше по составу или по свойствам. Оксиды подразделяются по свойствам на несолеобразующие и солеобразующие. Последние делятся на основные, амфотерные и кислотные.
Оксидам соответствуют гидроксиды – продукты взаимодействия оксидов с водой (не каждый гидроксид можно получить растворением оксида в воде), гидроксиды могут проявлять основные, амфотерные и кислотные свойства. Кислотными свойствами обладают также растворы газообразных водородных соединений элементов VII и VI группы, основными свойствами обладает раствор аммиака.
Общие принципы взаимодействия неорганических веществ
Взаимодействия между неорганическими веществами могут быть описаны с двух сторон – по кислотно-основным и окислительно-восстановительным свойствам. Если описывать по первой группе свойств, то основная закономерность следующая: существуют соединения металлов и неметаллов, которые могут взаимодействовать между собой. Металлы многочисленны, но их физические свойства сходны. Все они твердые, блестящие, пластичные и электропроводные. Неметаллов немного, но их физические свойства очень разнообразны – есть газы, жидкости, твердые вещества (хрупкие), окраска простых веществ также различна.
Среди металлов выделяют группу переходных элементов. Название говорит само за себя – они находятся между металлами и неметаллами и могут проявлять двойственные свойства. Логическая схема взаимодействия соединений металлов и неметаллов представлена на Схеме 1.
Схема 1
Генетическая связь соединений металлов и неметаллов
Вещество из любого вертикального столбика может реагировать с веществами из двух других столбиков.
Для изучения свойств я составил матрицу, отражающую классификацию и, для начала, заполнил ее знакомыми реакциями – химическими свойствами оксидов, оснований, кислот и солей. Затем я начал читать дополнительную литературу с целью выяснения условий протекания реакций. Выяснилось, что безусловных реакций очень мало и есть также реакции, которые нельзя объяснить с точки зрения кислотно-основных свойств.
Например, я знал о том, что кислоты не реагируют между собой. Как оказалось – могут!
H2S + H2SO4 = 2SO2 + 2H2O
Это окислительно-восстановительная реакция и протекает по другим правилам.
ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Проведение химических реакций
Как же мне и моим одноклассникам разобраться в химических реакциях неорганических веществ и хорошо подготовиться к экзамену?
Я решил провести опыты, характеризующие свойства неорганических веществ, правда, я был ограничен возможностями школьной химической лаборатории. Я провел опыты, позволяющие наглядно продемонстрировать химические свойства: металлов, неметаллов, оксидов, оснований, кислот, солей
Всего мной было проведено 32 опыта.
Информацию по проведенным мной химическим реакциям я изложил и отформатировал в текстовом редакторе Word.
Обработка видеоматериала
Опыты я снимал на видеокамеру и делал фотографии, а затем обрабатывал в программе Movavi, которая позволяет разделить на части, объединить видео, изменить скорость. Например, реакцию натрия с водой хочется замедлить, чтобы увидеть, как он превращается в шарик и перемещается по воде, а реакцию раствора железа с сульфатом меди ускорить, чтобы понаблюдать как медь оседает на железной скрепке. Дополнительно я подготовил текстовое описание к каждому опыту, и озвучил его во время монтажа. В итоге у меня получилось 32 видеоролика.
Подготовка мобильного приложения
С целью подачи видео и текстового материала конечному пользователю, мною была проведена работа над приложением в официальной программе от Google – Android Studio. Она позволяет создавать приложения с разными функциями под операционную систему Android, которой пользуется большинство, что позволяет расширить круг потенциальных пользователей моего проекта. Перед началом разработки мною были изучены базовые основы языков программирования – java и xml.
В рамках работы над приложением мной был разработан макет страниц, кнопок, навигации, текста и видео.
После проработки архитектуры мобильного приложения мною было осуществлено информационное наполнение.
В итоге реализованы следующие цели:
создано интерактивное пособие;
разработан интерфейс интерактивного пособия;
созданы элементы навигации и обеспечено информационное наполнение интерактивного пособия;
в настоящее время проводится бета-тестирование в магазине приложений Google Play.
В процессе подготовки мобильного приложения была создана и описана функциональность 8 кнопок, 4 активностей, 6 блоков видео и текстовых окон.
Интерфейс приложения представлен на рисунках 1 и 2.
Рисунок 1. Главный экран Рисунок 2. Экран с текстом и видео
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, цель исследовательской работы достигнута – мобильное приложение функционирует. Дальнейшее тестирование и обновление приложения будет производиться по мере поступления отзывов пользователей, и усложнения целей проекта.
Задачи, которые я выполнял, позволили мне разобраться в химических свойствах простых и сложных веществ, усовершенствовать практические навыки выполнения эксперимента. Также я освоил новые программы для обработки фото и видео, для создания приложения на платформе Android, новые для меня языки программирования, разметки, программы редактирования текста. Приложение позволяет рассмотреть химические свойства в статике, т. е. описаны условия протекания реакций и приведены примеры, а также в динамике – можно посмотреть видеофрагмент, снятый в школьной лаборатории, который также содержит пояснения к протекающей реакции.
Полученный продукт – мобильное приложение – может быть использовано учащимися 8-х классов при изучении свойств неорганических веществ, учащимися 9-х классов для подготовки к экзамену, в частности для решения заданий 8, 9, 10, 11, 13, 18, 21
В дальнейшем я планирую усовершенствовать проект (например, добавить меню настроек, закладки, справочную информацию и т. п.), а также в 10 классе я дополню приложение свойствами органических веществ.
Выполнив этот проект, я стал немного ближе к своей мечте.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Практикум по методике преподавания химии: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов по спец. №2122 «Химия» - 6-е изд., перераб./ Полосин В.С., Прокопенко В.Г. – М.: Просвещение, 1989 – 224 с.: ил
Химия в уравнениях реакций: учебное пособие/ Ж.А.Кочкаров – изд. 4-е – Ростов-на-Дону: Феникс, 2017 – 332 с
Химия: учебник для 8 класса общеобразовательных учреждений/ И.И.Новошинский, Н.С.Новошинская – М.: ООО «Русское слово – учебник», 2013. – 224 с.: ил. – (ФГОС. Инновационная школа)
Химические свойства неорганических веществ: учеб. пособие для вузов/Р.А.Лидин, В.А.Молочко, Л.Л. Андреева; Под ред. Р.А.Лидина. – М.: Химия, 1996, 480 с.: ил.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Ссылка на методику выполнения опытов https://drive.google.com/open?id=1KT6_PI9QpAB_C4F3F68TZAgeGixfcBdF
Ссылка на видео https://drive.google.com/open?id=11tWUTAkZCZlCrpDNBSB8_TySHdx9aqFZ
Ссылка на текстовую часть приложения https://drive.google.com/file/d/1g6hf5GmY0GZ1eKdxE5GSufbm-yd8gosk/view?usp=sharing
Ссылка для скачивания приложения https://1drv.ms/f/s!AkbYJQr1iPc9gP8dkr58j5raN1Zotg