ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГИБРИДИЗАЦИИ АТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ В ХИМИИ: РОЛЬ СИМУЛЯЦИЙ PhET В ШКОЛЬНОМ ОБРАЗОВАНИИ

USING VIRTUAL TOOLS TO STUDY ATOMIC ORBITAL HYBRIDIZATION IN CHEMISTRY: THE ROLE OF PhET SIMULATIONS IN SCHOOL EDUCATION

Gulzhazira Alpysbaeva

Master's student, Taraz Regional University named after. M. Kh. Dulati,

Kazakhstan, Taraz

Asylzhan Mazhibaev

Ph.D. chem. sciences, head Department of Chemistry, Associate Professor, Taraz Regional University named after. M. Kh. Dulati,

Kazakhstan, Taraz

АННОТАЦИЯ

Данная статья рассматривает роль виртуальных средств, особенно симуляций PhET, в изучении гибридизации атомных орбиталей в химии в школьном образовании. Гибридизация атомных орбиталей является важным концептом, который определяет форму и химические свойства молекул. Однако этот процесс может быть сложным для понимания учащимися из-за его абстрактности и отсутствия непосредственного наблюдения. Симуляции PhET предоставляют эффективный инструмент для визуализации и интерактивного изучения гибридизации, позволяя учащимся экспериментировать с различными сценариями и наблюдать за влиянием гибридизации на структуру молекул. Подход, основанный на использовании симуляций PhET, помогает сделать изучение гибридизации более доступным и понятным, способствуя более глубокому пониманию этой важной химической концепции.

ABSTRACT

This article examines the role of virtual tools, especially PhET simulations, in the study of atomic orbital hybridization in chemistry in school education. Hybridization of atomic orbitals is an important concept that determines the shape and chemical properties of molecules. However, this process can be difficult for students to understand due to its abstract nature and lack of direct observation. PhET simulations provide an effective tool for visualizing and interactively exploring hybridization, allowing students to experiment with different scenarios and observe the effects of hybridization on molecular structure. The PhET simulation approach helps make the study of hybridization more accessible and understandable, promoting greater understanding of this important chemical concept.

Ключевые слова: гибридизация атомных орбиталей, химическое образование, виртуальные средства, симуляции PhET, интерактивное обучение, визуализация химических концепций.

Keywords: Atomic orbital hybridization, chemistry education, virtual tools, PhET simulations, interactive learning, visualizing chemical concepts.

В современном образовании виртуальные инструменты играют все более значимую роль в процессе обучения. Одним из ключевых аспектов химического образования является понимание гибридизации атомных орбиталей - процесса, который определяет форму молекул и их химические свойства. Понимание темы гибридизации может быть сложным для учеников по нескольким причинам. Гибридизация атомных орбиталей - это абстрактный и сложный концепт, который может быть трудно визуализировать и понять без достаточной подготовки и практического опыта. Иногда результаты гибридизации могут казаться неочевидными или даже противоречивыми, особенно для учеников, только начинающих изучать химию. Это может вызывать затруднения в понимании процесса и его значения.  Без возможности проводить реальные эксперименты и наблюдать процесс гибридизации на практике, ученикам может быть трудно понять его сущность и значение. Гибридизация атомных орбиталей связана с изменением и перекрыванием электронных облаков, что может быть сложно визуализировать и представить в уме. Однако использование визуальных и интерактивных средств, таких как симуляции PhET Interactive Simulations. (https://phet.colorado.edu/), может значительно облегчить процесс обучения и помочь учащимся преодолеть эти трудности.

Использование симуляций PhET в учебном процессе обладает рядом преимуществ. Во-первых, они обеспечивают доступность и удобство использования, так как доступны онлайн и бесплатно. Во-вторых, они позволяют учащимся проводить эксперименты и исследования в безопасной и контролируемой среде, что особенно важно при работе с химическими процессами. Кроме того, симуляции PhET могут быть индивидуализированы под уровень и потребности каждого ученика, обеспечивая персонализированный подход к обучению.

Конкретные симуляции, предоставляемые PhET для изучения гибридизации и связанных с ней концепций в химии, представляют собой мощные обучающие инструменты. Рассмотрим, как симуляции PhET могут быть использованы для углубленного изучения гибридизации в химии в школьном образовании.

• Molecule Shapes» (Формы молекул): Эта симуляция позволяет учащимся исследовать как формы молекул, так и электронную геометрию, связанную с гибридизацией атомов. Они могут изменять типы гибридизации (например, sp, sp², sp³) для атомов в молекуле и видеть, как это влияет на форму и угловую структуру молекулы. Это помогает студентам понять, как гибридизация атомов влияет на пространственное расположение электронных облаков и форму молекул.
• Hybridization» (Гибридизация): Эта симуляция предоставляет более подробное погружение в процесс гибридизации атомов. Учащиеся могут выбирать различные атомы и типы гибридизации, а затем наблюдать, как это влияет на электронную структуру и геометрию молекулы. Это помогает учащимся лучше понять, какие образуются гибридные орбитали и как они ориентированы в пространстве.
• Build a Molecule» (Построить молекулу): В этой симуляции ученики могут самостоятельно создавать молекулы, выбирая типы атомов и виды химических связей. Они также могут наблюдать за процессом гибридизации атомов и его влиянием на форму и структуру молекулы. Это позволяет ученикам экспериментировать с различными молекулярными конфигурациями и угловыми структурами.
• Atomic Interactions» (Атомные взаимодействия): Эта симуляция фокусируется на взаимодействиях между атомами в молекулах и рассматривает различные типы химических связей, включая те, которые формируются в результате гибридизации. Ученики могут исследовать, как изменения гибридизации влияют на характер связей в молекуле.
• Molecule Polarity» (Полярность молекул): Эта симуляция позволяет ученикам изучать полярность молекул и ее связь с электронной структурой и гибридизацией атомов. Ученики могут исследовать различные молекулы и определять их полярность на основе их геометрии и электронной структуры.

Гибридизация атомных орбиталей - это ключевой концепт, который определяет форму и химические свойства молекул, и его понимание имеет важное значение для учеников, изучающих химию.

Симуляции PhET предоставляют эффективный инструмент для визуализации и интерактивного изучения гибридизации, делая эту абстрактную концепцию более доступной и понятной для учащихся. Благодаря возможности экспериментировать с различными сценариями и наблюдать за изменениями в структуре молекул, ученики могут более глубоко понять процесс гибридизации и его влияние на химические свойства веществ.

Использование симуляций PhET в образовательном процессе способствует развитию критического мышления, навыков работы с виртуальными средствами и позволяет создать интерактивную обучающую среду, которая стимулирует интерес и мотивацию учащихся к изучению химии. Интеграция симуляций PhET в учебный процесс является важным шагом в современном образовании, который способствует эффективному обучению химическим концепциям и подготовке учащихся к пониманию и применению их в реальном мире.

Список литературы:

1. Аспицкая А.Ф. Использование информационно-коммуникационных технологий при обучении химии: метод. пособие / А. Ф. Аспицкая, Л. В. Кирсберг. – Москва: Бином. Лаборатория знаний, 2009. – 356 с.
2. Ли В. Г., Дроздов Ю. А. Виртуальные лаборатории как перспективные информационные технологии в учебном процессе // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2003. Т. 30. № 1. C. 221.
3. PhET Interactive Simulations. (https://phet.colorado.edu/) - официальный веб-сайт симуляций PhET, предоставляющий доступ к множеству интерактивных симуляций по химии и другим наукам.