závěrečná práce ICT výuka INF v chemii

Mendelova zemědělská a lesnická univerzita
v Brně
Institut celoživotního vzdělávání
Závěrečná práce
Implementace ICT ve výuce chemie
Brno, 2007
Mgr. Viktor Hájek
2
3
4
Poděkování
„Děkuji tímto vedoucímu diplomové práce Mgr. Martinu Dojivovi, který mi
poskytl cenné rady a kritické připomínky při řešení závěrečné práce.”
5
6
Čestné prohlášení
„Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval samostatně za použití
uvedené literatury a podle pokynů vedoucího práce.”
V Brně dne 25. 7. 2007
7
8
Abstrakt
Masové rozšíření výpočetní techniky do každodenního života dospělo
do takové úrovně, že je nutno měnit zažité a zkostnatělé metody výuky
tradičních i odborných předmětů na školách tak, aby se díky implementaci
IT do výukového procesu výuka zefektivnila a studenti měli v každou chvíli
možnost použít vhodnou elektronickou didaktickou pomůcku, která by jejich vědění katapultovala zase o kousek dál.
V této závěrečné práci jsou rozebrány možnosti zavedení výpočetní
techniky do výuky chemie na školách. Jelikož jsou školy povětšinou již vybaveny základním hardware, zaměřuji se na představení nejdůležitějšího
software, který by měl kantorům i studentům při výuce chemie pomoci při
didaktickém procesu vysvětlit probíranou látku, urychlit, zefektivnit a také
vizualizovat řešení nejen odborných chemických problémů.
Práce je doplněna charakteristikou a ukázkami možností jednotlivých
chemických programů a jejich hodnocením na desetibodové stupnici
s ohledem na výhody a nevýhody při jejich implementaci do výukového
procesu. Důraz byl kladen především na počítačem řízené experimenty
přes Internet.
9
10
Abstract
The mass extension of information technology into our everyday lives has reached such a level that there is a need for the old and spreading
teaching methods to be changed - both of the traditional and technical
subjects. This change ought to be put into practice in such a way that
the whole process of teaching and studying would become more effective
due to the implementation of the information technology. Also, it is essential that the students had the opportunity to use appropriate electronic
aids, which would move their knowledge further.
This thesis discusses the options that there are for adoption of information technology in chemistry lessons. Because of the fact that
schools are already equipped with the basic hardware in most cases,
I concentrated on the introduction of the most important software.
This software is meant to help both the teachers and the students during
the chemistry lessons – it ought to be useful for explaining the new topics,
make the whole process faster, more effective and visualise solutions
not only to chemical problems.
Characteristics and illustrations of various chemical programmes are
parts of this thesis, as well as their evaluations on a ten-point scale. Both
the advantages and disadvantages of the implementation of the programmes have been taken into consideration during this evaluation.
The main emphasis has been put on experiments controlled by computers
through the Internet.
11
12
Obsah
1.
Úvod .......................................................................................................................15
2.
Využívání ICT ve výuce ....................................................................................15
2.1.
Podmínky snadného využití ICT.............................................................15
2.2.
Kancelářské aplikace .................................................................................16
2.3.
Výukový software .......................................................................................17
2.4.
Elektronická pošta ......................................................................................17
2.5.
Internet..........................................................................................................18
3.
Software použitelný při výuce chemie.........................................................19
3.1.
MS Office .......................................................................................................19
3.2.
Accord.............................................................................................................21
3.3.
Grafické editory...........................................................................................22
3.4.
ACD/ChemSketch .......................................................................................23
3.5.
Isis/Draw .......................................................................................................24
3.6.
ViewerLite......................................................................................................24
3.7.
Orbital Viewer ..............................................................................................24
3.8.
ArgusLab........................................................................................................25
3.9.
Molden............................................................................................................25
3.10. ChemDraw ....................................................................................................26
3.11. ChemLab........................................................................................................26
3.12. Laboratorní práce........................................................................................27
3.13. Anorganická chemie...................................................................................28
3.14. BasicChemi ...................................................................................................28
3.15. LM Chemie ....................................................................................................28
3.16. SW a HW souprava ISES..........................................................................29
3.17. ISES WEB Control.......................................................................................30
4.
Test možností využití programů v chemii...................................................32
4.1.
MS Office .......................................................................................................32
4.2.
ACD/ChemSketch .......................................................................................34
4.3.
ChemWin .......................................................................................................35
4.4.
Isis/Draw .......................................................................................................36
4.5.
Orbital Viewer ..............................................................................................36
4.6.
ChemLab........................................................................................................37
4.7.
Laboratorní práce........................................................................................38
4.8.
Anorganická chemie...................................................................................39
4.9.
VPChemie ......................................................................................................40
4.10. Vzdáleně řízená laboratoř ........................................................................41
5.
Zhodnocení kvality a náročnosti programů................................................46
6.
Doporučení využití ICT ve výuce chemie....................................................49
7.
Závěr ......................................................................................................................50
8.
Seznam použité literatury ...............................................................................51
13
14
1. Úvod
Vznik, rozvoj a zavádění moderních informačních technologií ovlivňuje náš život takřka na každém kroku. Abychom udrželi krok s tímto
trendem, je nutno překonat veškeré bariéry, které nám brání v zavedení
nových informačních technologií do výuky. Proto je nutno naše současné
přístupy k obsahu, organizaci a řízení procesu výuky podporovat stále více audiovizuální a výpočetní technikou.
Počítačová podpora ve výuce přírodních věd vychází přirozeně také
z odlišností předmětů navzájem. V přírodovědných oborech je nutno
na úrovni prezentovat svá poznání, měření a empirické experimenty
a kombinovat je s metodami teoretickými. Počítače zde slouží ke zvyšování účinnosti dané vyučovací metody a k lepší organizaci a stylu učení.
Také rychlost a přesnost, s jakou k požadovaným výsledkům dojdeme,
je vyšší, jelikož za nás může dlouhé pomocné výpočty zpracovávat počítač a eliminovat tak naše chyby a nedokonalost.
Tato práce si dává za cíl prezentovat možnosti a trendy v zavádění
moderních informačních technologií do výuky, informovat o dostupném
výukovém software podporujícím výuku chemie a příbuzných oborů, poukázat na možnosti, odlišnosti a zákonitosti při práci s tímto software.
Je docela možné, že tuto práci použijí při svých přípravách na hodiny
chemie někteří učitelé, kteří měli dosud problém se s novými technologiemi setkat a implementovat je do výuky. Také ICT koordinátoři mohou
tento text použít pro své pomocné kurzy, kterými podporují učitele chemie na svých školách.
2. Využívání ICT ve výuce
2.1.
Podmínky snadného využití ICT
Hloubka zavádění a používání ICT ve výuce závisí zejména na:
•
technické úrovni hardware a základního software
•
počtu počítačů na škole
•
vybavenosti vhodným výukovým software
•
připojení počítačů na Internet
•
schopnosti studentů a kantorů tyto IT prostředky využívat
•
tlaku ředitele na sebevzdělávání kantorů
15
2.2.
Kancelářské aplikace
Asi již každý učitel byl nucen ke své práci použít nějaký kancelářský
software. Úroveň použití kancelářského software na školách velmi kolísá, i když každý učitel by již měl být proškolen minimálně na základní
úroveň práce s ním. Přesto se tato SIPVZ školení u některých učitelů
minula účinkem. Většina kantorů však aktivně podporuje výuku tvorbou elektronických výukových materiálů, publikují na webu, vyměňují
si informace elektronickou poštou atd. K tomuto potřebují dobře ovládat nejméně jeden druh kancelářského software.
Nejčastěji se na školách objevuje od firmy Microsoft programový balík Microsoft Office v různých vývojových verzích. Je zatím na světě
nejpoužívanější a nejoblíbenější. Jeho popularita však s novějšími verzemi a vyššími cenami postupně klesá. Jeho rozšíření je tak dáno jistou
setrvačností a neochotou se naučit práci v konkurenčním produktu.
Přesto však tento software splňuje většinu kritérií pro plnohodnotnou
kancelářskou práci s počítačem ve škole. Obsahuje podle verze následující aplikace: Microsoft WORD jako textový editor, Microsoft EXCEL
jako tabulkový editor, Microsoft OUTLOOK jako poštovní klient, Microsoft POWER POINT jako program pro tvorbu prezentací, Microsoft
FRONTPAGE pro tvorbu www stránek, Microsoft ACCESS pro práci
s databázemi a Microsoft PUBLISHER pro veškeré publikování – web
stránky, pozvánky, štítky, atd.
Druhým nejčastěji se objevujícím kancelářským balíkem ve školách
je OpenOffice. Je to již dlouhou dobu vytvářená bezplatná open-source
alternativa k MS OFFICE. Oblibu si získává samozřejmě tím, že je bezplatný, ale také tím, že je neustále k dispozici ke stažení na webu, což
dokonale usnadňuje jeho rozšíření. Obsahuje následující součásti:
WRITER – nahrazuje WORD (textový editor), CALC nahrazuje EXCEL
(tabulkový procesor), IMPRESS – nahrazuje POWER POINT (program
pro tvorbu prezentací) a další. Zajímavá je součást Math, která slouží
pro řešení rovnic a jiných matematických úloh. Součást HTML Editor
je celkem kvalitní WYSIWYG editor HTML kódu, který usnadní počáteční
seznámení s tvorbou webů. Draw je nástroj pro tvorbu grafických prvků
především do prezentací. Pracuje s vektorovými objekty, které jsou
ideální pro grafy, modely, ... Všechny součásti jsou velmi podobné placeným variantám od MS. Pokud tedy nechcete příliš utrácet za software, OpenOffice je asi nejlepší bezplatnou variantou. Kdo je spíše pohodlný a nechce překonávat malé rozdíly mezi oběma balíky
a občasnou nestabilitu, asi zůstane raději u MS Office. Kompatibilita
obou balíků je velmi dobrá - OpenOffice dokáže otevřít soubory MS
a převzít bez větších problémů jeho formátování. Při ukládání si pak
můžete zvolit, zda chcete soubor uložit v OO formátu nebo v MS.
Jistě bychom mohli najít i další programy, ale nejsou již tak rozšířené, jako ty výše uvedené. Všechny tyto kancelářské aplikace nám
16
ve škole umožňují vytvářet si základní dokumenty pro podporu výuky
jako jsou naše přípravy na vyučovací hodinu, databáze našich znalostí,
prezentace, doplňkové tabulky a grafy, malování jednoduchých obrázků
nebo použití klipartů pro osvěžení textů. Dále pomocí těchto programů
vytváříme testy, známkovací archy, docházkové listy, podklady
pro administrátora webu, výroční zprávy školy, ICT plány školy
a spoustu jiných dokumentů, bez kterých si naši práci ve škole nedokážeme představit.
2.3.
Výukový software
Didaktický software je jedna z nejdůležitějších oblastí zavádění ICT
do výuky, jelikož je šitý přímo na míru danému oboru. Každá škola
si nákup těchto programů většinou řídila sama dle svých potřeb
a finančních možností, proto se vyskytuje celá škála software. Použití
kvalitních multimediálních výukových programů vyžaduje kvalitní
hardware, někdy přímo školní server či připojení na web, nebo zakoupení dodatečného vizualizéru (aktivní tabule, projektor apod.). Proto
se může stát, že kvůli finančním možnostem školy nejsou potřeby kantorů pro zavedení daného ICT do výuky plně uspokojeny.
Výukový software je nenahraditelný. Výborně nám doplňuje teoretickou výuku, simuluje nebezpečné experimenty na počítači, pomáhá
nám rychle vypočítat zadané odborné výpočty, poskytuje databázi vědomostí z daného oboru, umožňuje nám výuku procvičit atraktivním
způsobem a dokonce pak i zhodnotit výkonnost studentů. Některé programy umožňují učení formou didaktické hry. Moderním trendem
je nekupovat software do školy, ale pronajímat si ho na určitou dobu
přes web. Studenti by pak mohli za určitý obnos propůjčit software jen
tehdy, když oni zrovna mají chuť se něčemu z daného oboru přiučit.
Do budoucna může znamenat přílišná orientace na tento způsob
výuky velice snadný přechod k distanční formě vzdělávání, kdy student
sám přes Internet většinou s asistencí lektora studuje a používá veškeré jemu dostupné metody učení včetně ICT umístěných na vzdálených
serverech. Tento druh studia je velice výhodný ve státech s obrovskými
vzdálenostmi, kde se díky dopravě student ocitá v izolaci od rodiny
na dlouhou dobu a doprava neúměrně studium zdražuje. Také dlouhodobě nemocní studenti nemusí studium přerušit a díky této formě
úspěšně dostudovat takříkajíc „z domova“.
2.4.
Elektronická pošta
K širokému rozšíření e-mailu přispěl zejména Internet. Při posílání
pošty přes Internet je zaručen spolehlivý přenos zprávy i v případě dočasného výpadku cílového serveru. V e-mailu lze přikládat ke zprávě
také dokumenty, fotografie, prezentace, videa a jiné soubory. Populární
jsou i diskusní skupiny zvané mailinglisty, ve kterých probíhá hromad-
17
ná výměna e-mailů mezi všemi účastníky. Velkým problémem se naopak stává nevyžádaná obtěžující pošta zvaná spam, kvůli kterému
je vhodné být opatrný při zveřejňování e-mailové adresy (týká se především různých služeb, inzerátů, formulářů, atd.) na Internetu.
Je to levný, rychlý a spolehlivý způsob, jak si vyměňovat didaktické
informace mezi studenty navzájem, kantory navzájem, kantory
a studenty v jakoukoliv denní dobu. Je nutné mít kvalitní antivirový
systém pro kontrolu pošty zejména v případě, když si zasíláme jako
přílohy soubory, které mohou býti přenašeči různých virů. V dnešní době je použití kvalitního antivirového software nutností, jelikož díky popularitě Internetu se počítače s připojením do sítě objevily již téměř
v každé rodině, podniku či škole a tvůrci virů toho ihned zneužívají tím,
že vytvoří snadno přenositelný virus, který infikuje během několika hodin miliony počítačů na celém světě. Při výběru antivirového programu
si obvykle stanovíme několik kritérií, mezi něž patří kvalita, cena, ovládání, pravidelnost aktualizací, existence firewallu, kvalitní heuristická
analýza a také systémová nenáročnost. Doporučuji se podívat na srovnávací testy antivirových programů, které zkontrolují jejich kvalitu
na určitém vzorku virů a stanoví pořadí. Virus Bulletin 100% Award patří mezi takovéto testy. Většinou jsou tyto testy kvalitním vodítkem při
jejich výběru. Ceny a ovládání si již musí každý ověřit sám.
Obrázek č. 1: Výsledky Virus Bulletin 100% Award
2.5.
Internet
Internet vznikl po názvem ARPANET v USA jako počítačová síť propojující vojenské superpočítače. Jeho vývoj je tak překotný, že je jím
doslova protkaná celá zeměkoule. Slouží k přenosu informací na dlouhé
i kratší vzdálenosti. Jde o přenos informací kabelem, infra, wifi a bloototh technologiemi, přes satelit, optickými vlákny. Každé PC se do sítě
připojí pomocí svého providera – poskytovatele připojení. Ten pak poskytne nutné přihlašovací údaje, ovladače a modem nebo router.
18
Vedle elektronické pošty je nejpoužívanější službou world wide web
– celosvětová pavučina. Jedná se o síť serverů, na kterých je ve formě
www stránek uloženo množství informací. Po zadání adresy serveru
do prohlížeče se k těmto informacím snadno odkudkoli dostaneme.
Jelikož nám Internet zpřístupňuje obrovské množství dat uložených
na serverech a existují vyhledávací služby, které množství těchto dat
umí zaindexovat a oborově roztřídit, není problém si k výuce chemie
najít spoustu pomocných informačních zdrojů. Najít zde můžeme různé
doplňkové informace pro zpříjemnění výuky v daném výukovém předmětu, ale také vysoce odborná data, nutná například pro náš laboratorní experiment. Data mohou být uložena ve formě textu, grafiky, fotografií, zvuku, videa, software atd.
3. Software použitelný při výuce chemie
3.1.
MS Office
MS Word nám spolu s počítačem nahrazuje klasický psací stroj. Jeho
využití spočívá v tom, že texty mohou mít různý vzhled ( formát písma
– typ, řez, velikost, barva atd.). Dále je možno formátovat celé bloky
textu, odstavce, řádkování. Snadné je zadávání odrážek a číslování,
vkládání různých objektů, jako jsou obrázky, tabulky atd. Proto je MS
Word předurčen ve výuce chemie především k vytváření a zpracování
seminárních prací, laboratorních protokolů, různých testů či formulářů.
Obrázek č. 2: Ukázka možností práce v programu MS WORD
Nástroj Microsoft Rovnice (Microsoft Equation) sice není obsažen
ve standardní instalaci, ale po doinstalování můžeme vkládat jako ob-
19
jekty klasické vzorce a rovnice. Velice výhodně se v tomto nástroji píší
indexy, zlomky, sumy a znaky řecké abecedy.
MS Excel je program vhodný pro snadnou tvorbu tabulek a grafů.
Sešit se zde skládá z jednotlivých listů a na těchto listech je pomocná
mřížka, která vytváří jednotlivé buňky budoucích tabulek. Do buněk
můžeme vkládat text, hlavně však čísla a výsledky vzorců. Výborné
jsou funkce, které jsou vlastně vzorcem, který odkazuje na jiné zdrojové buňky. Do buňky, ve které je funkce vložena, pak MS Excel zobrazí
výslednou hodnotu dané funkce. Výhodou je zejména to, že pokud
se změní zdrojová data, automaticky se přepočítají veškeré vzorce dle
aktuálních zdrojových dat. Funkce jsou v tomto programu roztříděny
na matematické, statistické, logické, finanční atd. Naposledy použité
funkce nám usnadní tvorbu často se opakujících funkcí. Grafy, které
můžeme pomocí několikastránkového průvodce vytvořit ze zdrojové
tabulky dat (např. z empirického měření u chemických pokusů), jsou
zde děleny na sloupcové, pruhové, spojnicové, výsečové atd. Dělení má
svůj smysl v tom, že ne každý druh grafu lze použít na určitá data. Například výsečový graf budeme užívat v případě dat, kde jejich součtem
je nějaký celek. Změna ve zdrojových buňkách zdrojové tabulky
pro graf si vynutí automatickou úpravu grafu dle aktuálních hodnot
zdrojových dat. To je nesporná výhoda, protože odpadává tvorba nových grafů při změnách empiricky naměřených hodnot.
Obrázek č. 3: Ukázka spojnicového grafu v programu MS EXCEL
MS Powerpoint je software velice vhodný pro prezentaci výukových
materiálů na obrazovce počítače nebo pomocí projektoru či jiných HW
zařízení na promítací ploše. Prezentace je zde tvořena posloupností
jednotlivých snímků, které mohou obsahovat krátké heslovité texty,
doplňující grafiku, grafy a nákresy. Jednotlivé objekty mohou být zanimovány různými typy animací, každá akce může být doplněna zvuky.
Přechody mezi jednotlivými snímky mohou nést také různé efekty, které takto postavenou přednášku chemie velice osvěžují a také dělí
20
do jednotlivých celků. Texty zde musí být výrazné a čitelné, musí být
dodržen maximální kontrast s pozadím. Prezentace se výborně hodí také na konec hodiny chemie k bodovému shrnutí učiva.
3.2.
Accord
Záměrně tento program uvádím ihned po MS Office, jelikož vytváří
další možnosti využití MS Office pro výuku chemie. Program vytvořila
firma Synopsis http://www.synopsys.co.uk/.
Accord for Excel poskytuje nové možnosti pro chemiky, kteří
se často zabývají skladováním, analýzou a prací s chemickými soubory
dat. Jde o tabulkový kalkulátor se zabudovanou chemickou inteligencí
a je používán chemiky po celém světě. Program lze propojit s kresličem
a také je možno uchovat jako obsah pole tabulky chemickou informaci,
jíž je například chemický vzorec, nebo strukturní formule.
Accord for Access je chemická, relační, víceuživatelská databáze.
Umožňuje rychlé vyhledávání podle chemické struktury a práci s chemickou strukturou jako databázovým polem. Umožňuje najednou pracovat s chemickými a relačními daty. Vybrané podskupiny dat mohou
být snadno převedeny do Accord for Excel pro další zpracování.
Accord Visual Objects může být chycen myší a přenesen
(drag & drop) do jakékoliv aplikace umožňující použití OLE-2.0 aplikací.
Vývojáři dílny Visual Basic mohou použít Accord VBX chemické propojení podobně jako Accord OCX může být použit pod rostoucím množstvím 32bitových vizuálních vývojových prostředí. Balíček obsahuje Accord Internet Chemistry Viewer.
Accord SDK, software development kit může integrovat chemické
schopnosti Accordů do vaší vlastní aplikace přímo zvolením Accord API.
Používáte-li C/C++ Visual Basic, Delphi, Oracle Power Objects nebo
Omnis7 na Mac nebo PC, poskytne vám Accord SDK možnost zapojit
chemii do vámi vyvíjeného programového produktu.
21
3.3.
Grafické editory
Jelikož potřebujeme ve výuce chemie použít také grafické prvky –
vzorce, rovnice, nákresy molekul, atomů, přístrojů a aparatur, je nutno
používat různý grafický software.
Programy Malování a Imaging jsou nainstalovány spolu s operačním
systémem Windows. První slouží k základní tvorbě a úpravě bitmapové
grafiky, druhý k jednoduchým úpravám fotografií. Jejich výhodou je,
že si je laik nemusí nikde shánět a instalovat. Nevýhodou je, že nemají
dostatek možností pro kvalitní práci s grafikou.
Program Adobe Photoshop (http://www.adobe.com) je zcela určitě
nejkvalitnější software pro úpravu grafiky, jaký je k dispozici. Je používán profesionálními grafiky, protože splňuje jejich nejnáročnější požadavky. Jedná se o obecný grafický editor, proto musí být grafik znalý
chemických zákonitostí, pokud tvoří chemické vzorce a obrázky. Použití
ve školách je limitováno zejména cenou tohoto programu.
Dalšími používanými obecnými programy pro úpravu grafiky jsou
Corel Draw a PaintShopPro (obojí http://www.corel.com). Jde opět
o kvalitní programy, které jsou cenově zatím za možnostmi školství,
přesto je některé školy využívají pro své didaktické potřeby. PaintShopPro původně vyráběla jiná firma, nyní je však vyvíjen společně
s Corel Draw a vzájemně se doplňují. PaintShopPro podporuje všechny
funkce, které se dají od profesionálního grafického programu čekat. Je
velmi přehledně zpracovaný a pro začátečníka velmi rychle pochopitelný. Hlavním využitím programu je úprava fotografií. Obsahuje například zajímavou funkci oprava perspektivy, automatickou úpravu barev.
Samozřejmostí je množství efektů, které fotografie ještě dále vyšperkují.
Existuje ještě spousta freeware pro úpravu grafiky. Tyto programy
jsou zdarma a jsou hojně využívány zejména v hodinách informatiky
a studenti je často znají i ze svých domácích počítačů. Výhodou
je jednoduchost ovládání, snadná dostupnost a to, že obsahují zejména
ty možnosti úprav grafiky, které jsou obecné a vyskytují se ve všech
grafických editorech. Proto je velmi snadné přecházet z jednoho software na druhý. Jedná se o programy:
•
•
•
•
•
Gimp (http://www.gimp.org)
Paint Net (http://www.getpaint.net)
DrawPlus (http://www.freeserifsoftware.com)
PC Image Editor (http://www.program4pc.com)
PhotoFiltre Studio (http://www.photofiltre.com)
22
3.4.
ACD/ChemSketch
Výrobcem tohoto užitečného programu je firma Advanced Chemistry
Development (http://www.acdlabs.com). ACD/ChemSketch je kvalitní
nástroj pro pohodlné kreslení různých chemických struktur a vzorců.
Vytvořené struktury lze samozřejmě snadno vytisknout nebo exportovat do formátů PDF, WMF, BMP, TIFF a dalších. Program spolupracuje
také s formáty obdobných programů např. MOL, SKC, RXN, CHM atd.
Program je zdarma, ale jen pro nekomerční či vzdělávací účely, takže
jeho rozšíření do kabinetů chemie a do učeben nic nebrání. Firma na
svém webu uvádí, že jejich program ve verzi 10.0 má již téměř
800.000 stažení, což dokazuje jeho oblíbenost.
Obrázek č. 4: Web firmy Advanced Chemistry Development
ACD/ChemSketch je určen speciálně pro podporu výuky chemie,
proto obsahuje oproti obecnému grafickému editoru spoustu možností,
jak usnadnit tvorbu a editaci různých chemických struktur, přístrojů. Ať
už se jedná o panely nástrojů, které urychlují vládání atomů, vazeb,
prvků rovnic, nebo o databázi šablon složitějších molekul – Alkaloidy,
DNA/RNA, Steroidy, Cukry, atd. Panely nástrojů se dají všemožně
upravit ručně, mění se však také automaticky v závislosti na užívání
jednotlivých prvků.
ACD/3D Viewer umožňuje prostorovou vizualizaci jednotlivých atomů, vazeb nebo složitých struktur. Najdete zde možnost několika typů
zobrazení, automatické otáčení nebo otáčení struktury pomocí myši.
Jedná se o velmi zdařilou 3D aplikaci, která je do programu plně integrována. Promítání 3D struktur na plátno projektorem je strhující.
23
3.5.
Isis/Draw
Isis/Draw je jednoduchý freeware program pro nekomerční použití.
Byl vyroben firmou MDL (http://www.mdl.com). Umožňuje vytváření
základních vzorců a schémat, která dále můžete využít do svých prezentací zobrazovaných studentům projektorem na plátno. Máte možnost použít nástrojovou lištu se standardními ovládacími prvky grafických editorů a vodorovnou lištu s často užívanými chemickými vzorci
a symboly.
3.6.
ViewerLite
ViewerLite je zjednodušená verze prohlížeče modelů chemických
struktur firmy Accelrys Inc. (http://www.accelrys.com). Oproti balíku
ACD/ChemSketch umožňuje názornější zobrazení anorganických materiálů, krystalických struktur, bílkovin a nukleových kyselin včetně jejich
povrchu s projekcí fyzikálních vlastností. Propracovanější je zde zejména rendering (orthografická nebo perspektivní projekce, volba barvy
zdroje světla včetně jeho polohy) i stereo zobrazení. K dispozici je také
skriptovací jazyk usnadňující rutinní zobrazování. Struktury lze samozřejmě otáčet, zvětšovat/zmenšovat, analyzovat, popisovat.
3.7.
Orbital Viewer
Stáhnout lze z adresy http://www.orbitals.com/orb/ov.htm. Používá
se k zobrazování atomových a molekulových orbitalů včetně definovatelných výřezů. Lze vytvářet jednoduché animace. Výhodou je, že je
program zdarma, nevýhodou je anglická nápověda a zejména to, že
program již není dále vyvíjen. Použití ve výuce chemie to však jistě neomezuje.
Obrázek č. 5: Orbital Viewer – hlavní rysy programu s ukázkami
24
3.8.
ArgusLab
Chemický program ArgusLab byl vyvinut firmou Planaria Software
(http://www.planaria-software.com/arguslab40.htm) a jeho doménou
je zejména modelování molekul a základní kvantové výpočty. Program
je vhodný pro vytváření a optimalizaci modelů molekul, umožňuje výpočty molekulových orbitalů, povrchové mapy ESP, poskytuje kvalitní
grafický výstup. Jedná se o freeware s anglickou nápovědou, pro stažení programu je nutná bezplatná registrace, což sice chvíli zdrží, ale
nikomu jistě vadit nebude. Program si již stáhlo přes 20 000 uživatelů.
Obrázek č. 6: ArgusLab – web firmy s ukázkou použití programu
3.9.
Molden
Program Molden slouží pro vytváření a zpracování molekulárních
a elektronických struktur a jejich vizualizaci. Dokáže zobrazit jednotlivé
molekulové orbitaly a elektronovou hustotu, umí vypočítat elektrostatický potenciál a nafitovat atomové náboje na elektrostatický potenciál
spočtený pro Connollyho povrch. Navíc podporuje i animaci reakčních
cest a molekulárních vibrací.
25
3.10. ChemDraw
Firma CamridgeSoft (http://www.cambridgesoft.com) pro chemiky
vyvinula program ChemDraw. Úvodní obrazovka ChemDraw je typická
pro všechny takové programy, s možností vybrat z předkreslených objektů. Verze ChemDraw, která slouží jako WWW klient pro struktury, je
v současnosti dostupná volně pro uživatele z oblasti školství.
Obrázek č. 7: Vzhled programu ChemDraw
3.11. ChemLab
Tento skvělý freeware program od firmy Model Science Software
(http://www.modelscience.com) umožňuje interaktivně simulovat chemickou laboratoř, která obsahuje všechny standardní i speciální laboratorní pomůcky (zkumavky, baňky, pipety, sklíčka, odměrné válce, kahany, váhy apod.) potřebné k sestavení různých interaktivních pokusů.
Software obsahuje také některé ukázky laboratorních pokusů
s teoretickou přípravou, aby studenti věděli, co se vlastně při pokusu
26
bude dít. Následuje bodový postup a nakonec závěrečný protokol laboratorní práce.
Tento program ocení zejména školy, které nemají odbornou chemickou učebnu, nebo ji mají z jakéhokoliv důvodu nedostatečně vybavenou. Dále je program vhodný pro pokusy, které jsou při praktických
ukázkách nebezpečné pro zdraví studentů nebo kantora. Bohužel je ve
free verzi omezen výběr chemikálií a jejich koncentrací. Po zakoupení
licence toto omezení vymizí a z programu se stává silný výukový nástroj.
3.12. Laboratorní práce
Program vytvořil Tomáš Nouza ([email protected]). Tento software
výrazně urychluje a zjednodušuje sestavení laboratorních prací
a pomáhá vytvářet velmi jednoduše chemické rovnice pomocí speciálního editoru. Nejdříve si musíte založit vlastního uživatele a zadat základní nastavení. Program si je bude pamatovat a při příštím spuštění
stačí pouze vybrat ze seznamu a vaše nastavení budou použita. Program funguje na principu průvodce, získává informace po krocích
a výsledně sestaví práci. Zvyšuje to rychlost a orientaci uživatele
při zadávání údajů. V každém kroku se objeví v levé části okna světle
modré políčko s nápovědou k danému kroku. Výsledkem je kompletní
laboratorní práce, do které jste mohli doplnit další různé objekty.
Obrázek č. 8: Vytvoření Laboratorní práce a vložení chemické rovnice
27
3.13. Anorganická chemie
Výrobce výukového software Holubec (http://www.holubec.cz) vytvořil
program, který pomáhá uspokojit potřeby škol v oblasti výuky anorganické chemie – jak v obsahové, tak zejména v metodické oblasti. Přehledné
členění, možnosti nastavení stupnice zkoušení, výběr problematiky
ke zkoušení a několik stupňů obtížnosti jej předurčují jako ideální řešení
pro všechny základní a střední školy, kde je chemie vyučována.
Základní volby – Značky prvků, Názvy sloučenin, Rovnice, Spojovačky,
Vyrovnávání rovnic, Poznávání vědců jsou dále členěny do podsekcí
umožňujících optimalizovat výuku dle hloubky v jaké je na té které škole
vyučována. Program neustále vyhodnocuje kvalitu studentovy práce a přiřazuje mu aktuální hodnocení. Přirozená rivalita studentů tento program
řadí na naší škole k nejoblíbenějším. Záporem programu je již nízká grafická úroveň a to, že postrádá multimediálnost. Ovšem možná, že v jeho
jednoduchosti je ta pravá síla. I horší student se v tomto programu může
stát rovnocenným protihráčem tomu lepšímu. Stejně tak je u nás velmi
oblíben program Zeměpis od stejné firmy a to už není náhoda.
3.14. BasicChemi
Pan Štěpán Kozák ([email protected]) v roce 2002 vytvořil jednoduchou softwarovou chemickou pomůcku. Jedná se o software, který sice
vypadá (a také je) jako periodická tabulka prvků, ale již při prvním kliku
na značku prvku vidíme, že okamžitě počítá molární hodnoty nejen atomů,
ale i molekul. Obsahuje výpočty koncentrací, hmotností rozpuštěných látek, celkové hmotnosti roztoku. Program se tak stává užitečnou pomůckou
zejména u vytváření roztoků a výpočtů s nimi. Každý chemikář jistě zažil
spoustu studentů, kterým tyto výpočty nadělaly nejeden problém. Pro odlehčení, nebo na konec hodiny po zvládnutí učiva, je zde Kvíz a Galerie
osobností s krátkým i texty o jejich životě a práci.
3.15. LM Chemie
Firma LangMaster (http://www.langmaster.cz) vytváří tradičně povedené výukové CD-Romy, které jsou vhodné zejména pro serverové instalace. Jedná se o bohaté multimediální programy, ve kterých se student
někdy i ztratí. Probíraná témata:
•
•
•
•
•
•
Chemické látky (kovy a nekovy)
Směsi a chemické sloučeniny
Struktura atomu (atom, izotopy, radioaktivita)
Periodická tabulka prvků (značky prvků a chemické vzorce, molekuly)
Chemické rovnice, zákon stálých poměrů slučovacích
Stechiometrické výpočty
28
• Voda – sloučenina vodíku a kyslíku
• Rozpustnost a koncentrace látek v roztoku.
Kvalitní obrázky, trojrozměrné animace, videonahrávky a stovky interaktivních úloh umožňují osvojit si látku rychle a efektivně. Nové vědomosti
si upevníte v řadě úloh, které následují za každou lekcí a za každou kapitolou. Tyto úlohy nejen zjistí, jestli probrané látce skutečně rozumíte, ale
také umožní rychle se připravit na písemné práce a zkoušení.
3.16. SW a HW souprava ISES
Školní experimentální systém ISES (Intelligent School Experimental
Systém) je komplexní prostředek pro snímání, vyhodnocování a zpracování experimentů pomocí počítače, vyvinutý původně pro výuku fyziky.
Je však vhodný okrajově také pro výuku biologie a chemie.
Otevřený systém tvoří základní interface pro počítač, modulární soubor
čidel pro fyziku, chemii a biologii a uživatelský program pro obsluhu a komunikaci se systémem. Souprava má tři modifikace (ISEI, ISES/COM,
ISES/Professional) lišící se různými parametry a připojením k počítači.
Základní částí soupravy ISES je interface obsahující A/D a D/A převodníky, k němuž je připojen ovládací panel. Ten obsahuje 4 vstupní kanály
s konektory pro moduly a 4 vstupní kanály s přístrojovými svorkami a dále
jeden výstupní kanál s konektorem pro výstupní moduly. Standardní vybavení soupravy obsahuje následující moduly:
•
•
•
•
•
•
•
Teploměr
Voltmetr
Ampérmetr
Siloměr
Snímač polohy
Optická závora
Výstupní moduly
Souprava je rozšiřitelná o následující moduly:
•
•
•
•
•
•
PH-metr
Konduktometr
Snímač srdečního tepu
Snímač EKG
Mikrofon
Detektor hladiny apod.
29
3.17. ISES WEB Control
Provozování vzdálených laboratoří je složitá úloha. Je k tomu nutná
softwarová stavebnice ISES WEB Control pro podporu vzdáleného měření
a řízení, která umožní i začínajícím tvůrcům www stránek jednoduchým
způsobem zapracovat do svých stránek prvky pro podporu vzdálených experimentů.
Komunikovat mezi počítači již umíme dlouho, příkladem jsou síťová
propojení LAN na různé úrovni a také Internet. Soubory a dokonce multimediální soubory stahujeme a posíláme odkudkoliv a kamkoliv. Vzpomeňme např. sdílení aplikací, vzdálený dohled na počítačích. Všechny tyto
aplikace nám umožní nejenom souborově pracovat na vzdálené straně, ale
pokud má vzdálená strana připojený např. měřící systém, máme v rukou
nástroj pro vzdálené laboratoře.
Tyto aplikace se rozvinuly v aplikace server-klient. Jsou potřebné vždy
dva programy, umožňují vytvářet na míru šité aplikace a jsou bezpečné.
Touto cestou se ubírají průmyslové aplikace, kde je potřebná identifikace,
zapisování řídících procesů, záznam kdo, co a kdy prováděl. Touto technologií prošly i průmyslové systémy LabVIEW. Jsou téměř dokonalé, na nic
se nezapomnělo, snad jen na obyčejné lidi. Prostý uživatel Internetu neměl trpělivost si tuto technologii on-line vyzkoušet. LabVIEW využívá
technologii Remote Panel, která umožňuje řízení přes WEB prostor. Před
www přístupem do LabVIEW vzdálených laboratoří je třeba si nejdříve doinstalovat speciální software LV RunTime Engine 6.1 či 7.0. Zvláště
na pomalých sítích je to velmi zdlouhavé a mnoho uživatelů to odradí
hned na počátku. Ti se pak bojí stahovat a instalovat si programy
do svých počítačů. Některé instituce vám to prostě ani nedovolí.
Jako protiváha výše popsané situaci se postupně rozvíjejí aplikace, kdy
je klientský program nikoliv specializovaný program, ale obyčejný prohlížeč (Explorer, NetScape, Mozila aj.), bez kterého se téměř žádný uživatel
Internetu neobejde. Prozatím jde o jednoúčelové aplikace bez systematizace, nadšenci si vymyslí aplikaci a spustí ji na Internetu.
Lepším řešením je universální a modulární - ISES WEB Control, který
pracuje s měřícím systémem ISES, ale není velký problém doplnit ISES
WEB Control pluginem pro další měřící a řídící hardware.
Serverovou stranu tvoří počítač s měřícím systémem ISES, prostředí
Windows, libovolný WEB server a serverové. Na serverové straně jsou
na již vytvořených WEB stránkách použity applety, které umožňují vytvořit
ovládací tlačítka a posuvníky pro ovládání výstupů, ovladače pro měření
a digitální zobrazování vstupních veličin, pro grafické zobrazování vstupních veličin, pro přenos naměřených hodnot do klientského počítače,
pro přenos obrazu z WEB kamery, atd. Stavebnice ISES WEB Control se-
30
stává prozatím z 15 appletů, které mají mnoho vstupních parametrů
a umožní velkou flexibilitu. Klientský počítač vyžaduje pouze prohlížeč Explorer, NetScape, aj. a podporu jazyka Java, které je v prostředí Windows
automaticky k dispozici, resp. se z volně dostupných zdrojů doinstaluje.
Jak tedy postavit vzdálený experiment se soupravou ISES? Je to jednoduché. Potřebujeme počítač, na kterém běží lokálně hardware ISES
(AD/DA karta, panel ISES a čidla ISES). Počítač by měl umožnit provozování WEB serveru (v současné době jsou to typicky Windows a volně dostupný WEB server PinkNet Web Server 2.0, (http://pnws.pinknet.cz).
Na tomto počítači umístíme do WWW prostoru HTML stránky se vzdáleným experimentem, tedy HTML web stránku s applety stavebnice ISES
WEB Control. Applety, které slouží ke komunikaci se měřícím serverem,
navazují spojení, zobrazují frontu uživatelů, umožňují záznam, výběr
a grafický výstup experimentu, umí vygenerovat naměřená data aj. se dají vytvořit nebo sehnat zdarma na Internetu. Ke stavebnici je samozřejmě
manuál, který popisuje možnosti, které využijeme až později.
Na serverové straně kromě jednotlivých HTML stránek s applety umístíme a spustíme serverové aplikace, které zprostředkují komunikaci mezi
software a hardware. Na serveru běží kromě již zmíněného libovolného
standardního WEB serveru, další důležité serverové aplikace pro podporu
WEB kamer, pro ovládání hardware ISES, pro připojování uživatelů s omezenějšími přístupy (blokování nestandardních portů - nutné např. pro uživatele INDOŠ).
Nyní je vzdálená laboratoř hotova. Jsou spuštěny 4 programy (WEB
server, ImageServer, MeasureServer, HTTPRelayServer). Dále musíme mít
sestavený experiment připojený k soupravě ISES. Nyní už stačí pouze
vymýšlet úlohy, které jsou samoobslužné a nevyžadují lidskou ruku.
Vymyšlení těchto úloh bývá mnohdy obtížnější než jejich praktická
realizace. S postupující dobou však bude takovýchto vzdáleně řízených
experimentu zajisté přibývat.
Aby měly tyto vzdálené, přes Internet ovládané experimenty smysl,
je třeba také najít potenciální klienty, kteří mají zájem tuto aplikaci ověřit
a vyzkoušet, případně ve výuce používat. Proto je dobré na stránkách použít search engine optimization – vytvořit stránky lákavé pro vyhledávače
jako jsou Google či Seznam. Takto pak pomocí vyhledávače získáme klienta, kteří se pak připojují pomocí standardního prohlížeče např. Internet
Explorer. Klienty na svých stránkách upozorníme, že musí mít povolenu
podporu jazyka Java - nastavuje se v možnostech prohlížeče. Starší Win98
toto mají implicitně povoleno, avšak nové Win 2000-XP vyžadují doinstalování podpory pro jazyk Java (např. na http://www.sun.com).
31
4. Test možností využití programů v chemii
4.1.
MS Office
Úkol č.1: Vytvořte prezentaci použitelnou např. pro výuku lipidů
za použití programového balíku MS Office. Používejte jeho programovou součást pro tvorbu prezentací MS Powerpoint. Doplňkovou
grafiku, obrázky, tabulky a grafy je možno použít například ze své
tvorby, z klipartů, nebo volně šiřitelných databází na Internetu.
Cíl: Procvičení práce s prezentačním programem MS Powerpoint
při tvorbě vlastní přednášky do výuky chemie, procvičení použití
přechodů mezi snímky, jednotného pozadí, animací, vkladu textového pole, obrázků, tabulek a důrazu na čitelnost textů a kontrast.
Zadání: Dle následujícího vzoru (Stačí 8 snímků).
Obrázek č. 9: Vzor pro procvičení práce s programem MS Powerpoint
Hodnocení: Maximálně můžete získat až 30 bodů. Za výstavní
formátování textu, kontrast s pozadím a čitelnost je 10 bodů,
za vklad tabulek a obrázků 5 bodů, za správné nastavení animací
jednotlivých objekty 10 bodů a za nastavení přechodů mezi snímky
5 bodů.
32
Úkol č.2: Vytvořte laboratorní práci použitelnou při výuce chemie.
Máte k dispozici programový balík MS Office.
Cíl: Procvičení práce s MS WORD a MS EXCEL při tvorbě dokumentu,
který se přímo týká výuky laboratorních prací v chemii.
Zadání: Dle následujícího vzoru
Obrázek č. 9: Procvičení práce s programy MS WORD a MS EXCEL
Hodnocení: Maximálně můžete získat až 30 bodů. Za formátování
textu dle vzoru 10 bodů, za tabulku v záhlaví 10 bodů, za vytvoření
pěkné tabulky pro údaje z pokusů 5 bodů a za propojení tabulek
s dokumentem 5 bodů.
33
4.2.
ACD/ChemSketch
Úkol: Nakreslete vlastní chemickou strukturu a určete její název.
Strukturu v 2D zobrazení natočte a navažte na ni prvek pomocí
dvojné vazby. Dále pak vložte přednastavené vzorce Adenin, Cytosin, Thymin, abietan, zkopírujte je do 3D zobrazení a zde nastavte
zobrazení pomocí teček a spusťte animaci.
Cíl: Procvičení práce s chemickým grafickým a vizualizačním programem ACD/ChemSketch. Tvorba vlastních struktur a práce s nimi,
určení jejích vlastností. Osvojení si práce s 3D zobrazením na přednastavené složité struktuře.
Zadání: Dle následujícího vzoru
Obrázek č. 10: Procvičení práce s programem ACD/ChemSketch
Obrázek č. 11: Procvičení práce s programem ACD/3D Viewer
Hodnocení: Celkem můžete získat až 30 bodů. Vytvoření vlastní
struktury 10 bodů, natočení struktury, navázání prvku 5 bodů. Vklad
přednastavené struktury 5 bodů a práce v 3D zobrazení 10 bodů.
34
4.3.
ChemWin
Úkol: Nakreslete libovolnou strukturu v tomto užitečném programu
na vytváření vzorců a reakcí za použití nástrojových lišt a panelů.
Jde o samostatnou práci. Struktury musejí být reálné.
Cíl: Procvičení práce s chemickým grafickým programem ChemWin.
Tvorba vlastních struktur a práce s nimi, určení jejích vlastností.
Osvojení si práce s 2D zobrazením chemických struktur.
Zadání: Dle následujícího vzoru
Obrázek č. 12: Procvičení práce s programem ChemWin
Obrázek č. 13: Navázání prvků v programu ChemWin
Hodnocení: Celkem můžete získat až 20 bodů. Vytvoření vlastní
struktury 5 bodů, reálnost struktury 5 bodů. Aktivní a rychlá práce
se strukturou 10 bodů.
35
4.4.
Isis/Draw
Úkol: Nakreslete v tomto jednoduchém chemickém grafickém programu na vytváření vzorců libovolné struktury za použití nástrojových lišt a panelů. Jde o samostatnou práci. Struktury musejí být
reálné.
Cíl: Procvičení práce s chemickým grafickým programem Isis/Draw.
Tvorba vlastních struktur a práce s nimi, určení jejích vlastností.
Osvojení si práce s 2D zobrazením chemických struktur.
Zadání: Dle následujícího vzoru
Obrázek č. 14: Procvičení práce s programem Isis/Draw
Hodnocení: Celkem můžete získat až 20 bodů. Vytvoření vlastní
struktury 5 bodů, reálnost struktury 5 bodů. Aktivní a rychlá práce
se strukturou 10 bodů.
4.5.
Orbital Viewer
Úkol: Nakreslete libovolnou složitější strukturu dle svého uvážení.
Použijte k tomu chemický grafický program Orbital Viewer, který
umožňuje zobrazení atomových či molekulových orbitalů. Struktura
musí být reálná. Zobrazte ji v 3D zobrazení a použijte na ni animaci.
Nakonec obrázek vyexportujte do libovolného grafického formátu
Cíl: Procvičení práce s chemickým grafickým programem Orbital
Viewer. Tvorba vlastních struktur a práce s nimi. Osvojení si práce
s 3D zobrazením atomových či molekulových orbitalů. Umění exportu výsledné grafiky.
36
Zadání: Libovolné, příklad 3D zobrazení je na obrázku.
Obrázek č. 15: 3D zobrazení v programu Orbital Viewer
Hodnocení: Celkem můžete získat až 30 bodů. Vytvoření vlastní
struktury 10 bodů, reálnost struktury 5 bodů. 3D zobrazení a vytvoření animace 5 bodů, export do obvyklého grafického formátu
10 bodů.
4.6.
ChemLab
Úkol: Vyzkoušejte si acidobazickou titraci HCl a NaOH v programu
ChemLab. Sestavte si svou vlastní virtuální titrační aparaturu, naplňte požadovaným množstvím látek a titrujte. Výsledky zapište do
protokolu. Jednotlivé kroky nasnímejte a vložte je do protokolu krok
po kroku.
Cíl: Procvičení práce s chemickou laboratoří ChemLab na acidobazické titraci. Tento úkol slouží jak k virtualizaci samotné laboratorní
práce, tak i k exportu výsledků do protokolu.
Zadání: Vezměte 100ml Erlenmeyerovu baňku a naplňte ji 35 ml
2M HCl, vložte indikátor kyselosti (2 kapky fenolftaleinu). Zobrazte
si pHmetr. Zapněte sběr titračních dat a zobrazte je. Naplňte byretu
50 ml 2M NaOH a titrujte hydroxid sodný do kyseliny chlorovodíkové
až do konečného bodu. Ze začátku můžete titrovat rychle, potom
zpomalte.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 40 bodů. Vklad baňky, naplnění kyselinou a vklad indikátoru pH do baňky 10 bodů. Vklad byrety
a naplnění NaOH, titrace a zjištění titračních dat 20 bodů. Nasnímání
jednotlivých kroků a vytvoření protokolu 10 bodů.
37
Obrázek č. 15: Zprovoznění titrace a zobrazení dat v programu ChemLab
4.7.
Laboratorní práce
Úkol: Vytvoření jednoduchého protokolu z laboratorní ve formátu
.doc pomocí programu Laboratorní práce.
Obrázek č. 16: Ukázka práce v programu Laboratorní práce
Cíl: Zjednodušení práce pro některé studenty a vytvoření své první
laboratorní práce pro začínající studenty chemie.
Zadání: Pomocí průvodce vytvořte jednoduchou laboratorní práce
na libovolné téma. Napřed zadejte nového uživatele programu,
a postupně zadávejte úkoly, pomůcky, chemikálie, postup, vypraco-
38
vání a závěr. Nakonec zvolte volbu uložit do souboru a zadejte cestu
na disk. Po uložení si protokol otevřete v MS Wordu.
Hodnocení: Celkem lze získat 20 bodů. Zadání jednotlivých položek
10 bodů, uložení do souboru 5 bodů, nalezení a otevření protokolu
v MS Wordu 5 bodů.
4.8.
Anorganická chemie
Úkol: Procvičení didaktické testovací práce s výukovým programem
Anorganická chemie.
Cíl: Získat v každém tematickém oddělení hodnocení z testu nejhůře
chvalitebně.
Zadání: Postupně se nechte otestovat ze značek prvků, vyrovnávání
rovnic, názvů sloučenin, spojovaček, atd. Začněte na úrovni základní
škola, pokračujte přes úroveň střední škola a skončete na úrovni pro
nadšence. Volte dostatečný počet testovacích otázek.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 50 bodů. Budete-li v nejnižší
úrovni v každém oddělení nejhůře chvalitební, dostanete 10 bodů.
Pokud stejné úrovně dosáhnete ve střední škole, dostanete dalších
20 bodů. Zvládnete-li i nadšence dle stanoveného kritéria, budete
honorování dalšími 30 body.
Obrázek č. 17: Spojovačky a hodnocení v programu Anorganická chemie
39
4.9.
VPChemie
Úkol: Procvičení didaktické testovací práce s výukovým programem
VPChemie.
Cíl: Procvičit si látku z daného tématu, nastavení testů a otestovat
své znalosti.
Zadání: Procvičte si látku a nechte se otestovat z prvků. Před začátkem, vyzkoušejte různá nastavení testů, např. počet otázek
z různých skupin prvků, testování celé kapitoly, času na 1 otázku
či času na celý test. Zejména procvičte nastavování hodnocení testu
dle procentuální úspěšnosti.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 40 bodů. Procvičení látky
10 bodů. Nastavování parametrů testů 20 bodů. Testování znalostí
až do úrovně chvalitebně 10 bodů
Obrázek č. 18: Nastavení počtu testovacích otázek v programu VPChemie
Obrázek č. 19: Nastavení hodnocení testů v programu VPChemie
40
4.10. Vzdáleně řízená laboratoř
Úkol č.1: Přes Internet ovládejte řízení výšky vodní hladiny pomocí
aparatury umístěné na MFF Univerzity Karlovy v Praze.
Cíl: Vyzkoušení vzdáleně řízené laboratoře přes Internet.
Zadání: Napište do svého www prohlížeče adresu domovské stránky
experimentu http://kdt-14.karlov.mff.cuni.cz/mereni.html a pomocí
tlačítek Start a Stop ovládejte zapnutí a vypnutí vodního čerpadla.
Po zapnutí čerpadla sledujte hlásič stavu vody. Jakmile se hladina
vody dotkne jednotlivých čidel, podají hlášení o stavu vody. Zapínáním a vypínáním čerpadla udržujte hladinu mezi oběma čidly.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 40 bodů. Zobrazení experimentu 5 bodů. Prvotní vyzkoušení experimentu, sledování hlášení,
pochopení principu 15 bodů. Udržování hladiny vody mezi oběma čidly po dobu 1 minuty 20 bodů.
Obrázek č. 20: Ovládání výšky hladiny přes Internet
Obrázek č. 21: Aparatura pro ovládání výšky hladiny přes Internet
41
Úkol č.2: Přes Internet ovládejte sledování teploty, tlaku a slunečního svitu před budovou MFF Univerzity Karlovy v Praze nebo uvnitř
budovy v laboratoři KDT.
Cíl: Vyzkoušení vzdáleně řízené laboratoře přes Internet.
Zadání: Napište do svého www prohlížeče adresu domovské stránky
experimentu http://kdt-16.karlov.mff.cuni.cz/ a pomocí volby různého časového úseku záznamu si zobrazte grafy průběhu postupně
všech tří veličin. Zjistěte aktuální hodnoty veličin.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 20 bodů. Zobrazení Vašeho
experimentu 5 bodů. Vyzkoušení experimentu, nastavení časových
úseků, zobrazení grafů a pochopení principu 10 bodů. Zjištění aktuálních hodnot 5 bodů.
Obrázek č. 22: Sledování tlaku vzduchu u MFF CUNI v Praze přes Internet
42
Úkol č.3: Přes Internet ovládejte řízení vynucených kmitů oscilátoru
na aparatuře umístěné na MFF Univerzity Karlovy v Praze.
Cíl: Vyzkoušení vzdáleně řízené laboratoře přes Internet.
Zadání: Napište do svého www prohlížeče adresu domovské stránky
experimentu http://kdt-17.karlov.mff.cuni.cz/pruzina.html a pomocí
ovládacích tlačítek či posuvnítka volte budící frekvenci. Sledujte přitom křivky grafu a pomocí kamery sledujte kmity aparatury. Ovládejte záznam dat pomocí tlačítek Start měření a Stop měření. Sledujte zaznamenané grafy.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 30 bodů. Zobrazení experimentu 5 bodů. Prvotní vyzkoušení experimentu, změny budící frekvence, sledování grafu a aparatury, pochopení principu 15 bodů. Záznam dat, sledování grafů 10 bodů.
Obrázek č. 22: Ovládání nucených kmitů oscilátoru přes Internet
43
Úkol č.4: Přes Internet ovládejte a sledujte elektromagnetickou indukci pomocí aparatury umístěné na MFF Univerzity Karlovy v Praze.
Cíl: Vyzkoušení vzdáleně řízené laboratoře přes Internet.
Zadání: Napište do www prohlížeče adresu tohoto experimentu
http://kdt-20.karlov.mff.cuni.cz/ovladani_2.html a pomocí několika
ovládacích tlačítek či posuvnítka volte budící napětí motorku. Pak
stiskněte tlačítko Stop. Sledujte přitom křivky grafu a pomocí kamery sledujte motorek na aparatuře vlevo. Ovládejte záznam dat pomocí tlačítek Start měření a Stop měření. Sledujte zaznamenané
grafy.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 30 bodů. Zobrazení experimentu 5 bodů. Prvotní vyzkoušení experimentu, změny budící frekvence, sledování grafu a aparatury, pochopení principu 15 bodů. Záznam dat, sledování grafů 10 bodů.
Obrázek č. 23: Ovládání elektromagnetické indukce přes Internet
44
Úkol č.5: Přes Internet ovládejte a sledujte fotovoltaický článek
a rozsvěcování žárovky pomocí aparatury umístěné na MFF Univerzity Karlovy v Praze.
Cíl: Vyzkoušení vzdáleně řízené laboratoře přes Internet.
Zadání: Napište do prohlížeče adresu tohoto experimentu
http://kdt-4.karlov.mff.cuni.cz/vacharakteristika_2.html a pomocí
ovládacích tlačítek či posuvnítka volte řídící napětí pro VA charakteristiku a ovládejte výkon žárovky. Pak stiskněte tlačítko Vypnuto.
Sledujte přitom křivky grafu a pomocí kamery sledujte žárovku
na aparatuře vlevo. Ovládejte záznam dat pomocí tlačítek Start měření a Stop měření. Sledujte zaznamenané grafy.
Hodnocení: Celkem můžete získat až 30 bodů. Zobrazení Vašeho
experimentu 5 bodů. Prvotní vyzkoušení experimentu, změny napětí
a výkonu žárovky, sledování grafu a aparatury, pochopení principu
15 bodů. Záznam dat, sledování grafů 10 bodů.
Obrázek č. 24: Ovládání fotovoltaického článku přes Internet
45
5. Zhodnocení kvality a náročnosti programů
MS Office a jeho programové součásti MS Word, MS Excel a MS
Powerpoint není potřeba hluboce hodnotit, jelikož je každý dobře zná
(alespoň v to doufám). Jedná se o programy, které jsou kvalitní, oblíbené a pokud již někdo pracoval v některé jejich verzi, tak i snadné na
ovládání. Poněkud horší hodnocení vystavují zarytí odpůrci cenové politiky firmy Microdoft a Billa Gatese. Je známo, že z různých důvodů cena těchto programů roste a spolu s velkým rozšířením a oblíbeností
roste také množství útoků hackerů skrze tyto aplikace. Je zde možnost
si z Office Update stahovat záplaty, ale řekl bych, že bezpečnost produktů Microsoft je nízká. Dalším neduhem jsou neustálé změny polohy
jednotlivých
nabídek
a
celková
změna
grafického
vzhledu
v nejnovějších verzích. Asi patřím mezi konzervativní jedince, ale do
verze MS Office XP se jistě ovládání a vzhled aplikace nějakým způsobem zažil. Ovšem verze 2007 ruku v ruce s nepodařenými Windows
Vista u naší školy rozhodně nevyhrály. Přesto všechno tento balík
ve verzi XP používáme a používat budeme. Pro alternativní práci s dokumenty nabízíme ve škole instalaci OpenOffice.org na vyžádání. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 8
z 10 bodů)
Accord je aplikace složitější na ovládání a komerční, proto její zavedení na naši školu nepředpokládám. Své použití si však jistě také najde
ve školách vyšších typů a u odborných škol. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 4 z 10 bodů)
Grafické editory jistě některé školy vlastní. U těchto programů
se kvalita a náročnost ovládání velmi různí. Pro běžnou práci mějme
některý z freeware a pro složitější práci ty nejdražší programy. Naše
hodnocení je snadné. Adobe Photoshop a Corel Draw patří ke špičce,
bohužel také cena tomu odpovídá. Složitost ovládání je na takové
úrovni, že učitel začátečník, si asi sám neporadí. Zde je nutné absolvovat některé ze školení pro grafiky. Školy, které používají tyto programy
při výuce výpočetní techniky nebo výtvarné výchově nabízejí možnost
použít tyto programy i v jiných předmětech. Mít takové programy a nevyužívat je naplno, to je i hřích. Freeware naproti tomu má jednoduché
a intuitivní ovládání, které při základních znalostech zákonitostí grafiky
zvládne každý student a pedagog. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 3 až 9 dle programu z 10 bodů)
ACD/ChemSketch je velmi kvalitní program pro výuku chemie a jeho
základní ovládání je jednoduché. Program nabízí obrovské množství
funkcí, díky čemuž se ovládání může stát poněkud složitější. Přesto je
náročnost tohoto programu po zaučení standardní a zvládnutelná.
46
(hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie …
8 z 10 bodů)
Isis/Draw je jednodušší program než ACD/ChemSketch, a proto
bych jeho ovládání zařadil někam mezi začátečníky a středně pokročilé.
Díky své jednoduchosti jej zvládnou i starší učitelé. (hodnocení kvality,
náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 6 z 10 bodů)
ViewerLite je v jisté své části složitější než jeho „konkurent“
ACD/ChemSketch. Renderování, stereo zobrazení se totiž může některým deskriptivní geometrie neznalým uživatelům zdát nad jejich síly.
Dále skriptování asi mnoho učitelů díky neznalosti programování nevyužije. Přesto výsledky zobrazení jsou v tomto programu na vynikající
úrovni. Program proto doporučím uživatelům, kteří několik let pracují
s počítačem a mají širší „vědecký“ rozhled. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 7 z 10 bodů)
Orbital Viewer se ovládá poměrně dobře, úroveň ovládání je standardní, pokud ovšem máme standardní znalosti molekulární chemie.
Doporučuji středně pokročilým uživatelům. Obecně poskytuje velice
pěkné výsledky zobrazení. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání
a zavedení do výuky chemie … 7 z 10 bodů)
ArgusLab je program, který díky zkušeného uživateli dokáže dělat
divy. Jeho 3D zobrazení molekul je na vysoké úrovni. Ovládání programu je dosti obtížné. Po jeho zvládnutí asi nebudete chtít jiný program
pro vizualizaci struktur. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 8 z 10 bodů)
Molden je vizualizační program, který se v konkurenci také neztratí.
Mimo standardních vizualizačních technik vyniká tím, že podporuje
i animaci reakčních cest a molekulárních vibrací, což mnoho programů
neumí. Řadil bych tento software mezi jednoduché a standardní. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 6
z 10 bodů)
ChemDraw jednodušší program než ACD/ChemSketch, a proto bych
jeho ovládání zařadil někam mezi začátečníky a středně pokročilé. Díky
své jednoduchosti jej zvládnou i starší učitelé. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 6 z 10 bodů)
ChemLab je program, k němuž jsem nenašel mnoho konkurentů.
Je skvělý zejména při simulaci nebezpečných experimentů a dokáže
studenty velmi zaujmout. Výsledky měření dělá on-line, obsahuje dobrou nápovědu. Použití ve školách vřele doporučuji. (hodnocení kvality,
náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 10 z 10 bodů)
47
Laboratorní práce je zcela jednoduchý program, který vytvořil jeden
student pro ostatní studenty, kteří buď neumí psát protokoly
z laboratorních prací, nebo neumějí ovládat textový editor MS WORD
nebo jsou jednoduše líní. Jistě, vytvoření programu jistě musíme chválit, ovšem jeho použití nevidím reálně. Navíc se program při generování
.doc dokumetu zasekl a způsobil kolaps MS Wordu. (hodnocení kvality,
náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 3 z 10 bodů)
Anorganická chemie je výukový a testovací program, který patří
do kategorie nenápadných, ale velmi účinných nástrojů. U nás na škole
je velmi oblíben a pokud se studenti do učebny dostanou, mnohdy se
nechávají tímto programem testovat a hodnotit se. Na závadu může
být zejména nedokonalá až zastaralá grafika a trochu nezvyklé ukončení programu. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení
do výuky chemie … 8 z 10 bodů)
BasicChemi je pěkný, ale příliš jednoduchý pomocný program. Jeho
použití ve výuce chemie je omezeno jen na několik málo látek, je však
vhodný pro podporu referátové formy výuky. Zvládne ho začátečník.
(hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie …
6 z 10 bodů)
LM Chemie je velice moderní multimediální výukový CD-ROM, který
obsahuje v lákavé podobě vše ze světa chemie. Rozhodně nedoporučuji
na pomalejší stroje, instalace může být i složitá a doporučuji program
instalovat na server, pokud ho škola má. Ovládání není složité, ale díky
robustnosti programu se mnohdy nezorientujete správně a ztratíte se.
Program není zdarma, ale cena je relativně příznivá. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie … 9 z 10 bodů)
VPChemie patří mezi starší a jednodušší výukové a testovací programy. Záběr látky je dosti úzký, přesto relativně dobře oslovuje studenty a kantory jednoduchostí svého ovládání a přehledností. Určitě ho
doporučím do škol, ať si každý kantor a student svůj program vybere.
(hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení do výuky chemie …
7 z 10 bodů)
Vzdáleně řízená laboratoř patří mezi moderní způsoby výuky přes
Internet. Pokud si nemůžeme soupravu ISES pořídit sami a svůj dálkově řízený pokus nabízet přes Internet ostatním, můžeme vyzkoušet
chemické a fyzikální vzdálené experimenty od jiných autorů. Volně dostupných je jich zatím málo, ale jejich počty budou v budoucnosti samozřejmě růst. (hodnocení kvality, náročnosti ovládání a zavedení
do výuky chemie … 10 z 10 bodů)
48
6.
Doporučení využití ICT ve výuce chemie
Výpočetní technika prorůstá do našeho každodenního života, ať už
chceme nebo ne. Její znalost a ovládání je již nyní nutností pro každého
člověka. Jelikož naše společnost stojí a padá se znalostmi, které máme,
je nutno s aplikací výpočetní techniky začínat již od útlého věku na školách. Proto se musejí kantoři každým rokem učit více a více počítačovým dovednostem obecně, ale zejména ve vztahu ke svému učebnímu
předmětu. Zde však narážíme na problémy celého školství.
Přestárlý učitelský sbor je způsoben zejména nedostatečným zájmem absolventů pedagogických fakult o nástup do praxe. Tento stav
je způsobem snížení společenské prestiže učitelského povolání a nízké
finanční ohodnocení učitelů. Dříve narození pedagogové nemají mnoho
chutí se celoživotně vzdělávat v oblasti informatiky, protože by to rádi
nechali na mladších učitelích. Je velmi těžké přinutit ředitele a tyto kantory, aby změnili svůj přístup k novým technologiím.
Nová vládní strategie, která školám na účty posílá stále méně peněz,
způsobuje, že ředitel nemá mnoho možností nakoupit mnohdy drahý
software a hardware pro počítačovou podporu výuky a školení také něco stojí. Zde jsou ve výhodě školy, které mají bohatého zřizovatele –
obecně tedy školy ve městech a v Praze. Vesnické školy si s tímto problémem nevědí rady, jelikož zřizovatelem je radnice a ta je zadlužená
na mnoho let dopředu.
Pokud se však oprostíme od těchto problémů, protože nemůžeme
očekávat jejich brzké vyřešení, musíme si vystačit s tím, co škola nyní
má. Pokud se finance objeví, doporučuji nakoupit placený software. Jinak si každý chemik může stáhnout výše uvedené a charakterizované
freeware a vyzkoušet je dle svého uvážení. Mnohdy dostanete více muziky zdarma než za peníze.
Na škole je potřebný placený správce sítě nebo administrátor, který
kantorům programy nainstaluje a zaučí ICT koordinátora. Ten pak zorganizuje školení učitelů chemie a programy předvede a pomůže s jejich
ovládáním. Pozor! Povinností ICT koordinátora je pouze pomáhat učitelům, nikoliv dělat tuto práci za ně, jak se často nesprávně děje. Kantor
by pak již aktivně převezme iniciativu a zavede jednotlivé poznatky,
software či hardware do výuky chemie. Jakým způsobem to provede je
na předmětové komisi a rámcovém vzdělávacím programu dané školy.
49
7. Závěr
Doufám, že se tento dokument stane vodítkem pro výběr vhodného
výukového software při výuce chemie a pomůže samoukům
s překonáním prvních bariér při jejich ovládání. Rozhodně jsem se nesnažil o dokonalý výčet chemického výukového software. Snažil jsem
se od každého typu software vybrat určitý vzorek, který mě zaujal, nebo by zaujal jiné kantory chemie.
Závěrem chci popřát všem chemikům, kteří se budou aktivně snažit
zavést ICT do výuky chemie, aby se oprostili od problémů s tímto úkonem spojených, nedbali překážek a se silou býka svůj chemikářský sen
splnili. Odměnou Vám budou zanícení studenti, kteří budou chemii hltat
plnými doušky, i když ji třeba nikdy v životě potřebovat nebudou.
50
8.
Seznam použité literatury
1. BÍLEK, M. ICT ve výuce chemie. Hradec Králové: Nakladatelství GAUDEAMUS při Univerzitě Hradec Králové, 2005. 119 s. ISBN 80-7041-631-9.
2. TUPÝ, J. – JEŘÁBEK, J. Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání [online]. 2007. URL: TUPÝ, J., JEŘÁBEK, J.. Rámcový vzdělávací program pro základní vzdělávání [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný
z WWW: <http://www.rvp.cz/soubor/rvpzv.pdf>.
3. BÍLEK, M. a kol. Výuka chemie s počítačem. Hradec Králové: Nakladatelství GAUDEAMUS při Univerzitě Hradec Králové, 1997. 134 s. ISBN 807041-769-2.
4. Microsoft Česká republika [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný
z WWW: <http://www.microsoft.cz>.
5. OPENOFFICE.ORG. OpenOffice.org [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný
z WWW: <http://www.openoffice.cz>.
6. Eset - ESET NOD32 homepage [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný
z WWW: <http://www.nod32.cz>.
7. LIBOSKA, R.. Technické zajímavosti a služby [online]. 1997
[cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.uochb.cas.cz/Bulletin/bulletin283/970311.html>.
8. Synopsys.co.uk [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.synopsys.co.uk>.
9. Adobe [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.adobe.com>.
10. Corel [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.corel.com>.
11. Gimp [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.gimp.org>.
12. Paint.NET [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.getpaint.net>.
13. FreeSerifSoftware [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.freeserifsoftware.com>.
14. Program4Pc Great Software [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný
z WWW: <http://www.program4pc.com>.
15. http://www.photofiltre.com/ [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný
z WWW: < http://www.photofiltre.com>.
16. Advanced Chemistry Development Homepage [online]. 2007
[cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW: < http://www.acdlabs.com>.
17. Elsevier MDL [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.mdl.com>.
18. Orbital Central [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.orbitals.com>.
19. ArgusLab Molecular Modeling and Drug Docking Software [online].
2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.planaria-software.com>.
20. MOLDEN a pre- and post processing program of molecular and electronic
structure [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.cmbi.ru.nl/molden/molden.html>.
51
21. Virtual Chemistry Lab - Chemistry Lab Simulations - ChemLab by Model
Science Software [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.modelscience.com>.
22. HOLUBEC.CZ [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.holubec.cz>.
23. LANGMaster.cz [online]. 2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
<http://www.langmaster.cz>.
24. LUSTIG, F. THE "ISES WEB Control" SOFTWARE KIT [online].
2007 [cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW: < http://www.ises.info>.
25. ŘEHÁK, A. Skutečné fyzikální experimenty [online]. 2007
[cit. 2007-07-25]. Dostupný z WWW:
< http://www.ises.info/vzdal_exp.html>.
52