Решение задач химия: Mathway | Решение химических задач

org/BreadcrumbList”>
• Предметы
• Химия
• 8–9 класс

1. Физические величины

2. Относительная атомная и молекулярная массы.

   Вычисление относительной молекулярной массы вещества

3. Количество вещества

4. Вычисление молярной массы вещества

5. Вычисление количества вещества

6. Вычисление массовой доли элемента в химическом соединении

7. Установление простейшей формулы вещества по массовым долям элементов

8. Простейшие вычисления по уравнениям химических реакций

9. Вычисления по уравнениям реакций, если исходное вещество содержит определённую долю примесей

10. Вычисление массовой доли вещества в растворе

11. Вычисления, связанные с приготовлением растворов с заданной массовой долей растворённого вещества

12. Комбинированные задачи

ХИМИЯ.

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 1. Основные понятия и законы химии

Глава 2. Электронное строение различных химических элементов

Глава 2. Электронное строение различных химических элементов

Глава 2. Электронное строение различных химических элементов

Глава 2. Электронное строение различных химических элементов

Глава 3. Периодический закон Менделеева

Глава 3. Периодический закон Менделеева

Глава 4. Химическая связь

Глава 4. Химическая связь

Глава 4. Химическая связь

Глава 4. Химическая связь

Глава 4. Химическая связь

Глава 5. Строение и химическая связь в комплексных соединениях

Глава 6. Основные положения химической термодинамики

Глава 6. Основные положения химической термодинамики

Глава 7. Кинетика химических реакций

Глава 7. Кинетика химических реакций

Глава 7. Кинетика химических реакций

Глава 8. Растворы

Глава 8. Растворы

Глава 9. Окислительно-восстановительные реакции

Глава 9. Окислительно-восстановительные реакции

Глава 9. Окислительно-восстановительные реакции

Глава 10. Электрохимия

Глава 10. Электрохимия

Глава 10. Электрохимия

Раздел II. Неорганическая химия

Глава 11. Группа 1, s-элементы: водород и щелочные металлы

Глава 11. Группа 1, s-элементы: водород и щелочные металлы

Глава 11. Группа 1, s-элементы: водород и щелочные металлы

Глава 12. Группа 2, s-элементы: бериллий, магний и щелочноземельные металлы

Глава 14. Группа 4, d-металлы: титан, цирконий, гафний, резерфордий

Глава 18. Группы 8—10: железо, кобальт, никель и палладиево-платиновые элементы

Глава 19. Группа 11: медь, серебро, золото, рентгений

Глава 19. Группа 11: медь, серебро, золото, рентгений

Глава 21. Группа 13: бор, алюминий, галлий, индий, таллий

Глава 21. Группа 13: бор, алюминий, галлий, индий, таллий

Глава 22. Группа 14: углерод, кремний, германий, олово, свинец, флеровий

Глава 23. Группа 15: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут

Глава 23. Группа 15: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут

Глава 23. Группа 15: азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут

Глава 24. Группа 16, xалькогены: кислород, сера, селен, теллур, полоний, ливермолий

Глава 24. Группа 16, xалькогены: кислород, сера, селен, теллур, полоний, ливермолий

Глава 24. Группа 16, xалькогены: кислород, сера, селен, теллур, полоний, ливермолий

Глава 24. Группа 16, xалькогены: кислород, сера, селен, теллур, полоний, ливермолий

Глава 24. Группа 16, xалькогены: кислород, сера, селен, теллур, полоний, ливермолий

Глава 25. Группа 17, галогены: фтор, хлор, бром, иод, астат

Глава 25. Группа 17, галогены: фтор, хлор, бром, иод, астат

Глава 25. Группа 17, галогены: фтор, хлор, бром, иод, астат

Глава 27. Основные классы органических соединений и механизмы реакций

Глава 27. Основные классы органических соединений и механизмы реакций

Развитие навыков решения проблем в физической химии – Университет Монаша

TY – CHAP

T1 – Развитие навыков решения проблем в физической химии

AU – Юрьев, Элизабет

AU – Basal, Sabrina

AU – Vo, Kimberly

PY – 2019

Y1 – 2019

N2 – Развитие навыков решения проблем у студентов-химиков и обучение этим навыкам преподавателями являются двумя признанными проблемами химического образования (Herron, 1996b).Существует обширная литература по химическому образованию, посвященная природе связанных с этим трудностей и методическим подходам к их устранению. Одна из основных трудностей, с которыми сталкиваются студенты при решении задач по химии, связана с отсутствием технологических навыков. Чтобы решить эту проблему, мы разработали и оценили рабочий процесс решения проблем «Помощь Златовласки». Он предоставляет специальные строительные леса для студентов, которые сталкиваются с процедурными трудностями при решении задач по химии.Мы внедрили его в преподавание физической химии целостным образом, в котором преподавание, практика и оценка конструктивно согласованы. Оценка рабочего процесса показала, что он был связан с изменением убеждений студентов в своих способностях использовать продуктивные стратегии саморегуляции при решении проблем: планирование, управление информацией, мониторинг, отладка и оценка. Фактически, многие студенты могли эффективно регулировать решение своих проблем с помощью планирования и анализа.Анализ работы студентов показал, что студенты, которые продемонстрировали больший опыт, участвуя в структурированном решении проблем и явных рассуждениях, были более успешными в своих попытках решения проблем. Однако, вопреки заявленным ими значениям, они не были столь эффективны в использовании мониторинга, отладки и оценки. Мы полагаем, что важно конструктивно согласовать преподавание и учебную деятельность с оценкой, которая явно побуждает учащихся демонстрировать свои рассуждения во время решения проблем, а также с другими рефлексивными и оценочными практиками.

AB – Развитие навыков решения проблем у студентов-химиков и обучение этим навыкам преподавателями являются двумя признанными проблемами химического образования (Herron, 1996b). Существует обширная литература по химическому образованию, посвященная природе связанных с этим трудностей и методическим подходам к их устранению. Одна из основных трудностей, с которыми сталкиваются студенты при решении задач по химии, связана с отсутствием технологических навыков. Чтобы решить эту проблему, мы разработали и оценили рабочий процесс решения проблем «Помощь Златовласки».Он предоставляет специальные строительные леса для студентов, которые сталкиваются с процедурными трудностями при решении задач по химии. Мы внедрили его в преподавание физической химии целостным образом, в котором преподавание, практика и оценка конструктивно согласованы. Оценка рабочего процесса показала, что он был связан с изменением убеждений студентов в своих способностях использовать продуктивные стратегии саморегуляции при решении проблем: планирование, управление информацией, мониторинг, отладка и оценка.Фактически, многие студенты могли эффективно регулировать решение своих проблем с помощью планирования и анализа. Анализ работы студентов показал, что студенты, которые продемонстрировали больший опыт, участвуя в структурированном решении проблем и явных рассуждениях, были более успешными в своих попытках решения проблем. Однако, вопреки заявленным ими значениям, они не были столь эффективны в использовании мониторинга, отладки и оценки. Мы полагаем, что важно конструктивно согласовать преподавание и учебную деятельность с оценкой, которая явно побуждает учащихся демонстрировать свои рассуждения во время решения проблем, а также с другими рефлексивными и оценочными практиками.

UR – https://overtonfestschrift.wordpress.com/

M3 – Chapter (Книга)

SN – 9780992823313

SP – 55

EP – 76

BT – Преподавание химии в высшем образовании

A2 – Сири, Майкл К

A2 – Макдоннелл, Клэр

PB – Creathach Press

ER –

Обучение решению задач по химии – пример для стимулирования обсуждения

Введение

Замечания и вопросы учащихся:

Я получил пятерку по химии в средней школе.Почему я проваливаю твой курс?

Я сделал все домашние задания. Почему я не могу решить задачи на экзаменах?

Я понимаю примеры задач в классе, так почему же вопросы на экзамене такие сложные?

Мысль преподавателя:

Не понимаю, почему они не понимают !!!!!!

Мое избирательное воспоминание о студенческих годах и паранойя, связанная с тем, что я был недавно нанятым преподавателем, заставили меня задуматься, что я делаю не так.К счастью, я обнаружил, что отсутствие навыков решения проблем у студентов колледжа было более универсальным. Разочарование, которое испытывали мои ученики и я в их способности решать проблемы, привело к тому, что я разработал курс под названием «Решение проблем в химии». Курс был основан в основном на чужих трудах; хотя, по возможности, я бы использовал свой личный опыт в качестве студента или преподавателя. Я просто собрал собранную информацию в определенном для меня порядке и попытался сделать класс интерактивным и увлекательным.При решении задач виды деятельности варьировались от индивидуальных до групповых, от аудиторных до внеклассных. Студенты добровольно (они получили зачет за участие в своей оценке) написали свой процесс решения задач на доске, и класс проанализировал процесс решения с некоторыми комментариями от меня. С каждым набором проблем изучались альтернативные методы решения проблемы, и всегда проверялись неудачные решения. Не было никаких штрафов за неправильное решение классной или домашней задачи, и я приложил особые усилия, чтобы не навешивать негативное клеймо на неправильные решения.Однако на экзаменационные вопросы это не коснулось. Учитывая интерес студентов к использованию веб-материалов, я попытался найти в Интернете примеры «обучающих материалов». Однако, как отметили несколько человек на недавней онлайн-конференции (1), отслеживать неактивные ссылки иногда бывает сложно.

Курс

Первый раздел материала посвящен разуму и мозгу. Он содержал очень краткое описание мозга, а затем сосредоточился на идеях мышления правого / левого полушария (2-5), визуального и слухового обучения (2), теории множественного интеллекта (6) и здорового тела / здорового духа. (7).Посредством серии онлайн-оценок и оценок в классе учащиеся выяснили, как они учились и в чем заключались их сильные и слабые стороны в обучении. Одно из заданий заключалось в том, чтобы каждый студент задокументировал, как они учились и готовились к другим занятиям, что было успешным, а что нет, а также идеи, которые они получили в ходе курса решения проблем, которые были полезны в их других классах. Затем эта информация должна была быть включена в их курсовую работу в конце семестра.

В курсовых работах было единообразно указано, что информация, содержащаяся в курсе решения задач, была полезна для их выполнения в другой курсовой работе.Думаю, некоторые из них сказали это, потому что посчитали, что это то, что я хотел услышать. Однако около половины учеников в каждом классе проделали разумную работу по документированию того, как они использовали информацию и как она улучшила их мышление и навыки решения проблем. В целом это также соответствовало объективным мерам (экзаменам), которые я давал в классе. Что лично мне показалось наиболее интересным, так это комментарии студентов, касающиеся концепции здорового тела / здорового духа. Материалы курса касались актуальной, легко доступной научной информации о воздействии на мозг и разум количества и качества сна и отдыха, солнечного света, диеты, психологического состояния, физических упражнений, секса, никотина, алкоголя и наркотиков.На каждом занятии большинство студентов сообщали об изменениях в образе жизни, которые, по их мнению, улучшили их физическое, эмоциональное, а иногда и духовное здоровье, что помогло им улучшить свои академические достижения.

Второй и основной раздел посвящен концепциям, фактически используемым при решении проблем. Первоначально концепции были представлены в книге Артура Уимби и Джека Локхеда под названием «Решение проблем и понимание». (8) Этот текст также содержал два нехимических экзамена, которые я использовал для оценки способностей моих учеников к решению задач.Материал охватывал чтение для улучшения понимания, вербальные рассуждения, использование аналогий и отношений, анализ закономерностей и тенденций, а также дедуктивное и гипотетическое мышление. Слушая студентов на протяжении многих лет, я заметил, что, когда словарный запас иностранный или сложный, а концепции «тяжелые», то есть непростые, или когда требуется много математики, студенты, как правило, пропускают материал или пропускают его. Затем они задаются вопросом, почему они не понимают материала и не могут решить проблемы.Раздел, посвященный чтению, посвящен чтению для понимания. Это включает чтение вслух или подсознательно, чтобы замедлить процесс чтения и сосредоточиться на каждом слове; получение информации небольшими для понимания битами; и поиск определений слов, значения которых неизвестны.

Важность внимательного чтения и правильного использования каждого слова демонстрируется в решении «проблемы лжецов», взятом из статьи в журнале Parade Magazine, газетной вставки, написанной Мэрилин Вос Савант.(9)

Алиса, Бен и Чарли – жители острова, где вы либо лжец, либо рассказчик правды, и вы либо всегда лжете, либо всегда говорите правду. Однажды вы встречаетесь с этими тремя людьми: когда вы спрашиваете Алису, лгунья ли она, она отвечает на местном диалекте, которого вы не понимаете. Когда вы спрашиваете Бена, что сказала Алиса, он отвечает, что она сказала, что она лгунья. Затем вы спрашиваете Бена о Чарли, и Бен ответил, что Чарли тоже лжец.Наконец Чарли добавляет, что Алиса говорит правду. Можно ли определить, к какой группе – лжецам или рассказчикам правды – принадлежат Алиса, Бен и Чарли по отдельности? Если да, перечислите каждого человека в соответствующей группе.

Важность чтения ведет непосредственно к решению устных рассуждений задач. Формат каждой секции, посвященной решению проблем, заключался в том, чтобы начинать с нехимических задач и переходить к проблемам химии. Далее следуют две задачи с примерами вербального рассуждения.

Джек медленнее Джилл, но быстрее Фила. Фил медленнее Джека, но быстрее Дефии. Напишите имена четырех человек в порядке убывания скорости.

Закон Бойлса указывает, что объем газа обратно пропорционален давлению газа, когда

температура и количество молей остаются постоянными. Для температуры 25С и того же числа

молей в каждом контейнере, определяют соотношение давления для следующих газов.Объем углекислого газа в два раза больше двуокиси азота. Объем диоксида серы составляет половину объема кислорода. Отношение давлений кислорода и углекислого газа обратно пропорционально их молекулярному весу.

Аналогии могут быть полезными инструментами преподавания и обучения, а также могут быть полезны в процессе развития при решении проблем. Как определено в словаре Вебстера «Новый мир» (10):

Аналогия –

1. Сходство в некотором отношении между вещами, в остальном непохожими; частичное сходство.

2. Объяснение чего-либо путем сравнения по пунктам с чем-то подобным.

Я использую аналогии в классе, чтобы объяснить различные химические концепции. Затем студентам предлагается разработать две собственные химические аналогии, а затем две дополнительные аналогии, которые могут быть полезны на уроках, не связанных с химией. Затем, где это уместно, в течение семестра я указываю, где различные подходы к решению проблем аналогичны, и как с опытом мы создаем набор идей / концепций / методов / подходов, которые можно использовать для решения множества проблем.

На этом этапе я представляю свою модификацию четырехэтапного метода Пойи для решения проблем. (11) Я нашел копию первого издания его книги «Как это решить» в магазине подержанных книг. По мере того, как я читал больше литературы по решению проблем, я нашел множество ссылок на его работы. Мой подход можно назвать подходом к решению проблем 4×4 (четыре на четыре для тех, кто не знаком с полноприводными автомобилями).

Шаг 1. Научитесь задавать вопросы. Когда учишься и решаешь проблемы, задавай вопросы! Я понимаю материал? Понятно ли это понятие? Верны ли эти утверждения? Верны ли расчеты? Достаточно ли информации?

Шаг 2. Подражайте и практикуйте . Мы учимся, делая, а иногда и подражая. Мы следуем процедуре профессора или примеру задачи в книге. Почему они использовали такой подход? Понимаю ли я все концепции, которые использовались при решении проблемы? Понимаю ли я механику, которая использовалась при решении проблемы? Если я использую эти концепции и механизмы, могу ли я решить другие проблемы, аналогичные приведенным в примере, или я могу решить более общие проблемы?

Шаг 3. Отношение! Заинтересованность, по сути, желание в решении проблемы! Заинтересован ли я в решении этой проблемы или в том, чтобы научиться решать подобные проблемы, или я просто хочу выполнить эту задачу? Считаю ли я решение этой проблемы проблемой или просто очередным препятствием для прыжка?

Шаг 4. Имейте методический план решения проблемы , например,

4 – Пошаговый метод решения проблем. Любой метод решения проблемы будет содержать следующие четыре элемента.

A. Разберитесь в проблеме. Это целостный процесс, требующий правополушарного мышления. Время и

энергии тратятся впустую, если вы не понимаете проблему.

B. Разработайте план. Понять, как связаны различные части проблемы и как неизвестное (ответ на проблему) связано с данными (информацией о проблеме)? Это тоже целостный процесс; однако элементы развития могут потребовать значительного аналитического или левополушарного мышления.

C. Выполните план. Обычно это пошаговый процесс, ориентированный исключительно на левое полушарие.

D. Просмотрите и обсудите готовое решение. Обзор должен проводиться с каждым шагом, т.е. проверять каждый шаг. Будьте открыты для изменения своего мнения или плана. Рассмотрите альтернативы. Обзор проблемы и решения позволяет провести окончательную или полную проверку. Это также позволяет улучшить память о процессе решения для развития навыков решения проблем.Обзор потребует некоторой комбинации навыков правого и левого полушария мозга.

Этот процесс 4×4 фактически представлен в классе трижды. Более подробная информация приводится с каждой последующей презентацией. Приведены примеры задач и отработан метод для каждой задачи. Ниже приводится один пример проблемы без решения.

Какова молярная растворимость ZnS при 25 ° C?

ZnS Zn2 + + S2- pKsp = 24.7

Однако

S2- + h3O HS- + OH- pK1 = 7,02

HS- + h3O h3S + OH- pK2 = 13,9

За процессом 4×4 следует обсуждение дедуктивного и гипотетического мышления для решения проблем, потому что нам нужен способ разработки нашего плана. Снова обращаясь к словарю Вебстера за определениями:

Удержание – акт или процесс удержания; рассуждение от известного принципа к неизвестному, от общего к частному или от предпосылки к логическому заключению.(В отличие от индукции, рассуждения на основе конкретных фактов или отдельных случаев к общему заключению.)

Гипотетический – в логике; условный, предполагаемый, предполагаемый.

Фундаментальным для решения многих математических и химических задач является способность понимать устные или письменные утверждения, касающиеся развития информации для решения проблемы или получения информации и решения проблемы в обратном порядке, чтобы определить отправную точку.Это утверждение используется, чтобы напомнить студентам о том, где мы были, и сообщить им, куда мы идем. Решение таких проблем может быть графическим, математическим или вербальным. Затем представлены четыре «подхода» или плана решения проблем: прямой, обратный, гипотетический (предположения) и «разбиение на части». Эти подходы можно использовать по отдельности и в различных комбинациях. Ниже приведены нехимические и химические примеры.

Дальновидное мышление

День рождения Сьюзанс через два дня после вторника.Какой день у Сьюзанс день рождения?

Вторник Среда Четверг Пятница Суббота

1 день через 2 дня после

вторник вторник

Следовательно, день рождения Сьюзанс в четверг.

Какая концентрация раствора при 25.75 г NaOH растворяют в воде и разбавляют до конечного объема 500,0 мл?

Массовая молярная масса Объемная концентрация

(25,75 г, 39,9971 г / моль) 0,5000 л =? Концентрация раствора составляет 1,288 F NaOH.

Обратное мышление (Здесь меня часто обвиняют в написании “хитрых” вопросов.)

Пятница – через два дня после Хэллоуина. Какой день Хэллоуин?

Понедельник Вторник Среда Четверг Пятница Суббота

2 дня до 1 дня до

Или через 1 день через 2 дня после

Значит, Хэллоуин в среду.

Сколько NaOH нужно добавить, чтобы получить 250.0 мл раствора 0,1000 F?

Массовая молярная масса Объемная концентрация

? 39,9971 г / моль 0,2500 л = 0,1000 F. Количество NaOH составляет 0,9999 г.

Гипотетическое мышление (В целом студенты не очень хорошо решают задачи, когда все

им в задаче не представлена ​​информация.По моему опыту, мысль о необходимости искать, генерировать или предполагать информацию для решения проблемы является чуждой и трудной концепцией для студента.)

Что будет через четыре дня до завтра? Поскольку завтра не определено, я предполагаю, что сегодня пятница.

Понедельник Вторник Среда Четверг Пятница Суббота

Сегодня Завтра

4-й день 3-й день 2-й день 1-й день до до до

(через день)

Если определить (предположить) сегодня как пятницу, то ответ – среда.

Рассчитайте давление в контейнере на 2,00 л, когда 25,0 моль газообразного водорода поддерживаются при постоянной температуре 35,0 C. Без дополнительной информации можно было бы предположить, что газ ведет себя идеально и что водород является единственным газом в контейнере. Затем

Однако каждый раз, когда кто-то делает предположение для решения проблемы, как только проблема решена, все предположения или приближения должны быть проверены. В задаче о давлении газа нет информации, позволяющей проверить, был ли в баллоне только водород.Однако можно использовать уравнение Ван дер Ваальса для проверки «идеальной» природы газа. Для водорода две константы Ван-дер-Ваальса равны «a» = 0,244

Атм L2 / моль2 и «b» = 0,0266 л / моль. Затем

Pobs = ((n R T) / (V – n b)) – а (n / V) 2

Pobs = ((25,0 моль x 0,08206 л Атм / К моль x 308,15 К) / (2.00 л – 25,0 моль x

0,0266 л / моль) – 0,244 Атм L2 / моль2 (25,0 моль / 2,00 л) 2

Побс = 435. (41) атм

В этом случае предположение об идеальном поведении газа было явно ложным. Имея предоставленную информацию, невозможно подтвердить чистоту газа.

Разбиение проблемы на части Одно из высказываний, которое я слышал много раз от студентов: «Я даже не знаю, с чего начать решение этой проблемы.«Это особенно верно в отношении тех ужасных« проблем со словами », когда учащийся должен прочитать и отсортировать информацию, чтобы найти то, что имеет отношение к делу. Еще один элемент разработки плана – понять информацию, и это может быть сделано путем устранения проблемы на части (биты размером с укус)

Сегодня понедельник. Что такое 1 день после 3-х позавчера? Проблему можно разбить на четыре части.

[Сегодня понедельник.] Что такое [1 день после] [3 дня до] [вчера]? Часть 1 4 3 2

Часть 1

Чт Пт Сб Вс П Вт Вт Сегодня

Часть 2

Чт Пт Сб Вс П Вт Вт Вчера

Часть 3

Чт Пт Сб Вс П Вт Вт

Позавчера 3 дня

Часть 4

Чт Пт Сб Вс П Вт Вт

Через 1 день, за 3 дня до вчерашнего дня

Итак, пятница.

Какова концентрация конечного водного раствора при растворении 25,0 г чистого карбоната натрия

в растворе с конечным объемом 500,0 мл, и 10,0 мл первого раствора разбавляют до конечного объема 250,0 мл?

[Какова концентрация конечного водного раствора]

Часть 3

, когда [25.0 г чистого карбоната натрия растворяют в растворе с конечным объемом 500,0 мл], и

Часть 1 и 2

[10,0 мл первого раствора разбавляют до конечного объема 250,0 мл]?

Часть 3

Часть 1

(25,0 г Na2CO3) x (1 моль Na2CO3 / 105,9888 г Na2CO3) = 0,235 (87) моль Na2CO3

Часть 2

(0.235 (87) моль Na2CO3) / 0,5000 л раствора = 0,471 (75) M Na2CO3

Часть 3

Mc x Vc = Md x Vd

(0,471 (75) M Na2CO3) x (10,0 мл) = Md x (250,0 мл) Md = 0,0188 (70) M Na2CO3

Модели и тенденции

Последняя область, исследуемая в курсе, – это модели и тенденции. Это еще одна область, которая, кажется, мало изучена студентами.Большая часть их предыдущего опыта заключалась в том, чтобы дать один ответ на один вопрос. Но что происходит, когда информации несколько. Снова обращаясь к словарю Вебстера за отправными точками:

Образец 1. Обычный, в основном неизменный способ действия или действия.

2. предсказуемый или предписанный маршрут, движение и т. Д.

3. группировка или распределение или диаграмма, показывающая распределение.

Тренд – общая или преобладающая тенденция или ход, по мере развития событий.

При обсуждении паттернов используется серия геометрических фигур, где учащиеся должны определить воспроизводящий паттерн на фигурах. Обычно на одном рисунке присутствует несколько различных повторяющихся узоров, в зависимости от того, как он задан. Это приводит к дискуссии о дальнем порядке, кристаллических решетках и элементарных ячейках.

С точки зрения тенденций, газовые законы идеальны (я знаю, это плохая шутка), поскольку они уже несколько раз использовались в классе. Например, французский химик Жак Александр Сезар Шарль обнаружил, что объем газа пропорционален температуре газа. Эти отношения, известные как Чарльз

Закон является примером тенденции. Иногда закономерности или тенденции легче понять, если их можно визуализировать.

Температура газа Объем газа

(0C) (L)

226.85 41.03

126,85 32,82

26,85 24,61

-73,15 16,41

Линия тренда была добавлена ​​к точкам данных на графике, чтобы экстраполировать данные обратно к нулевому объему. Уравнение прямой рассчитывалось с использованием линейной регрессии. Используя уравнение для линии и задав y = 0, вычислите x = -273,06. Разница между этим и принятым значением абсолютного нуля связана с ошибкой округления в моих расчетах.Также обратите внимание, что наклон линии – это наклон постоянной идеального газа, опять же с небольшой ошибкой округления. Угол пересечения y – это объем 1 моля идеального газа при 1 атм и 0C.

Сводка

Курс начался с нехимического теста в первый день занятий и закончился нехимическим тестом в течение финальной недели. В течение семестра было сдано два экзамена по химии. Экзамены использовались для оценки улучшения навыков решения проблем.Как правило, учащиеся, изначально получившие низкие баллы на экзаменах и их самооценки, указывали на плохие навыки решения проблем, показали существенный рост на обоих типах экзаменов. Учащиеся с высокими начальными баллами на экзаменах и хорошо описывают себя

навыков решения проблем практически не улучшили результаты экзаменов. К сожалению, по мере того, как курс становился более институционализированным, некоторым студентам пришлось посещать занятия. В целом, эти студенты продемонстрировали незначительное улучшение своих навыков решения проблем, о чем свидетельствуют изменения в результатах экзаменов в течение семестра.

Ссылки

1. http://www.ched-ccce.org/newsletter/index.html

2. МакКим, Р. Х., «Мышление визуально», глава 4, Lifetime Learning Publications, Бельмонт, Калифорния, 1980.

3. http://www.sciam.com/explorations/020397brain/020397explorations.html.

4. Зденек М., «Опыт правого полушария», Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1983.

5.http://mind.phil.vt.edu/www/mind.html

6. Гарднер, Х., “Множественный интеллект: теория на практике”, Basic Books, Нью-Йорк, 1993.

7. Для сбора этой информации использовалась серия университетских веб-сайтов, посвященных вопросам здравоохранения. К сожалению, эти ссылки больше не активны.

8. Уимби, А., Лочхед, Дж., «Решение проблем и понимание», 5-е изд., Лоуренс Эрбаум

Associates, Хиллсдейл, Нью-Джерси, 1991.

9. Вос Савант, М., «Спросите Мэрилин», Спросите Мэрилин, PARADE, 711 Third Ave., New York, NY, 10017.

10. “Словарь американского языка Вебстера” Новый мир “, Д. Б. Гуральник, изд., Simon & Schuster, Нью-Йорк, 1986.

11. Поля, Г., “Как это решить”, Princeton University Press, Принстон, Нью-Джерси, 1945.

Разработка компьютерной оценки решения сложных задач по химии | International Journal of STEM Education

Образец и процедура

Участники были учениками 10-го класса, посещавшими Немецкую гимназию в федеральной земле Берлин ( N = 420; 52.4% женщин). Эти студенты работали над компьютерной оценкой умения решать сложные задачи. Кроме того, были проведены тесты с карандашом и бумагой, в ходе которых оценивались ковариаты, такие как предварительные знания в области химии, подвижный интеллект (Gf) и общий интерес. Средний возраст учеников составлял 15,8 лет (SD = 0,7 года) в диапазоне от 14 до 18 лет. Некоторые студенты сообщили, что их родным языком не является немецкий (23,8%). Однако, по имеющимся данным, Koppelt (2011) показал, что это не повлияло на результаты оценки.Процедура оценки была разделена на две сессии по 90 минут каждая, которые проводились в два смежных дня, в результате было получено 395 полных наборов данных.

Меры

Зависимая переменная: комплексная компетентность в решении проблем

В следующем разделе приводится подробное описание проектных характеристик CBA и показаны примеры элементов и индикаторов, которые использовались для оценки четырех измерений CPS.

Разработка компьютерной оценки CPS

Компьютерная оценка была реализована с помощью простой в использовании среды разработки ChemLabBuilder (Meßinger 2010).В этой среде можно определить различные лабораторные инструменты, такие как химические вещества, машины для синтеза или анализа и различные формы информационных материалов. Инструмент требует ввода в действие входов, выходов и данных, которые отображаются в результирующих файлах журнала. Кроме того, степень интерактивности может быть адаптирована в соответствии с количеством переменных и их взаимосвязями.

Чтобы оценить компетенцию в решении сложных проблем, были реализованы различные задачи, которые можно было отнести к одному из четырех этапов решения проблем, представленных Коппельтом (2011) (см. Раздел «Решение проблем в науке»).В этих задачах учащиеся могли решать отдельные задачи независимо от их выполнения по предыдущим. После завершения двух этапов исследования без оценки продолжительностью 10 минут каждый, студенты сначала должны были идентифицировать неизвестные химические вещества с помощью анализатора и синтезатора (обсуждение важности этапов исследования в оценках CPS см. Leutner et al. 2005 ). Во-вторых, студенты должны были идентифицировать и синтезировать ароматизирующее вещество (в данном случае метилбутират), отвечающее различным критериям.Чтобы создать привлекательную и мотивирующую среду для решения проблем, задача была встроена в контекстную структуру.

В рамках компьютерной оценки были разные машины, представляющие сложные системы. Студенты должны были взаимодействовать с этими системами в процессе решения задач, чтобы получить информацию об их функциях. Эта конструктивная особенность требует приобретения системных знаний, что имеет решающее значение для решения сложных проблем (Goode and Beckmann 2010; Sonnleitner et al.2013). Поскольку отношения между зависимыми и независимыми переменными были раскрыты в начале (Funke 2010), системы позволяли различные настройки для определения количества коррелированных переменных и их сложности.

Чтобы использовать интерактивность системы, идентификация неизвестных химических веществ должна была выполняться с помощью аналитических спектров. Такая поддерживающая и косвенная обратная связь была необходима для того, чтобы стимулировать взаимодействие студентов с системами.Тем не менее, интерактивность системы сыграла важную роль в оценке CPS и в моделировании проблем, специфичных для предметной области, с помощью вычислительных средств (Jonassen 2004; Scherer and Tiemann 2012). Из-за администрирования различных подзадач, которые относились к этапам решения проблем, студенты должны были сосредоточиться на основной задаче при наличии соревновательных целей. Эта программная функция относится к ориентации на цель и полителии (Blech and Funke, 2010).

Более того, студентам пришлось преодолеть некоторые трудности в окружающей среде: название химического вещества было неизвестно, и студенты должны были предложить правдоподобный синтез.Кроме того, необходимо было оптимизировать выход реакции. Таким образом, задача решения проблем была сложной и построена таким образом, чтобы студенты с низким уровнем предварительных знаний также могли успешно решить задачу (Scherer and Tiemann 2012).

Подводя итог, можно сказать, что основные характеристики сложных сред для решения проблем были учтены в рамках процедуры разработки тестов (см., Например, Funke 2010). Однако из-за того, что мы сосредоточились на фиксированной химической системе с определенными переменными, временная динамика не была реализована.Соответственно, наша среда была основана на требованиях учебного плана по преподаванию концепций химического равновесия и химии сложных эфиров в 10 классе, которые не относились к изменяющимся во времени условиям.

Измерение «понимания и характеристики проблемы»

Оценка успеваемости учащихся по «пониманию и характеристике проблемы» включала анализ неизвестных химических веществ. Ответы студентов оценивались по сравнению с прямым решением (переменные от PUC01 до PUC07 в таблице 2).Чтобы идентифицировать вещества, студенты должны были рассмотреть информацию, приведенную в лабораторных журналах («спектры» и «молярная масса»), извлечь соответствующие свойства и, наконец, связать их друг с другом, чтобы предложить название вещества. Например, химическое вещество показало молярную массу 46 г / моль. Этим веществом может быть этанол или муравьиная кислота. Только путем определения класса вещества с помощью спектрального выхода и информации, представленной в таблице, студенты смогли предложить правильное название.На рисунке 1 показан снимок экрана этой подзадачи.

Снимок экрана CBA, показывающий пример элемента для измерения PUC. PUC, понимание и характеристика проблемы.

Пункты PUC различались по сложности в зависимости от количества информации, необходимой для процесса идентификации (см. Таблицу 2).Оценка ответов студентов производилась с использованием компьютерных средств. Каждый из семи пунктов (т.е. неизвестные вещества) был закодирован дихотомически, что дало максимальный балл в семь.

Измерение «представления проблемы»

Компьютерная среда позволила нам разрабатывать интерактивные и статические задачи. Чтобы обеспечить меры по представлению проблемы (PR), мы реализовали статические элементы с вариантами множественного выбора, в которых учащиеся должны были заполнить концептуальные карты или таблицы с различными форматами структурных представлений химических веществ.Полученные в результате элементы были закодированы политомически (для получения дополнительной информации см. Koppelt 2011 и Scherer 2012).

Измерение «решения проблемы»

Для анализа эффективности «решения проблемы (PS)», достижения состояния цели ( PS01a , PS01b ) и общего поведения учащихся при решении проблем ( PS02a до PS04 ). В этом операционализации состояние цели относится к оптимальному решению, которое может быть достигнуто с помощью различных типов настроек системы.Впоследствии решение студентов напрямую сравнивалось с оптимальным целевым состоянием. Таблица 3 содержит примеры переменных, измеряющих PS, которые были оценены путем анализа файлов журнала студентов.

В этой записи поведения при решении проблем была дана отдельная таблица, содержащая список анализов и синтезов.С помощью этих записей можно было определить количество повторных анализов и синтезов. Поскольку деятельность студентов в лаборатории, а также входные и выходные данные системы были записаны, им была предоставлена ​​возможность отслеживать или вызывать настройки и выходные данные во время выполнения заданий. Следовательно, мы кодировали элементы PS02 до нуля, если анализ или синтез применялись более двух раз. Эта особенность соответствовала операционализации систематического поведения при решении проблем, предложенной Künsting et al.(2011). Более того, если учащиеся выполняли синтез с веществами, которые ранее не были идентифицированы, записи «синтез (взгляд учащегося)» отображались со знаком вопроса, а переменная PS04 была закодирована до нуля (см. Рисунок 2).

Лабораторный журнал из журнала студента.

Взятые вместе, пункты PS требовали различных когнитивных процессов, таких как тактические и целенаправленные действия, достижение требуемых условий и систематическое изменение факторов (Scherer and Tiemann 2012).Другие аспекты измерения PS описаны в Koppelt (2011).

Измерение «отражения и передачи решения»

Для реализации этого шага мы разработали статические задачи, которые оценивали различные возможности отражения и передачи решения (SRC). Сначала ученики должны были ответить на вопросы с несколькими вариантами ответов, в которых они должны были вспомнить свои стратегии решения. Во-вторых, они должны были выбрать одно из представленных представлений о решении проблемы (например, журнальная статья) и решить, подходят ли они для разных аудиторий (для получения дополнительной информации об этом подходе см. Bernholt et al.2012). Опять же, пункты были закодированы дихотомически и политомно.

Данные файла журнала

Для каждого учащегося был получен единственный файл журнала, который содержал следующую информацию: ответы на вопросы с множественным выбором, множественным выбором и составные элементы ответа (представленные в виде чисел или номинальных записей), необходимое время для решения задачи, количество действий, список химических веществ, используемых в анализах и синтезах, последовательность действий в рамках компьютерной оценки, а также последовательность анализов и синтезов.Чтобы отфильтровать эти необработанные данные, мы установили переменные, которые были назначены для измерения вышеупомянутых факторов CPS. При этом записи о построенных элементах ответа и последовательности действий были закодированы в соответствии с их правильностью и эффективностью. Для получения дополнительной информации см. Коппельт (2011), Шерер (2012) и Шерер и Тиман (2012).

Качество схемы кодирования

Чтобы проверить схему кодирования на ясность и надежность, 20% файлов журнала были закодированы двумя независимыми оценщиками.Таким образом была обеспечена объективность процедуры кодирования. Мы определили κ Коэна как меру межэкспертной надежности и достигли статистически значимых значений ( p <0,05) в диапазоне от 0,85 до 1,00 на четырех этапах. Значения 1,00 возникли из-за того, что выбранные задачи были проанализированы только компьютерными средствами. Следовательно, не было необходимости в дальнейшей интерпретации ответов студентов на эти задания.

Ковариаты комплексной компетенции решения проблем

Чтобы исследовать внешнюю валидность оценки CPS, мы провели тесты на связанных конструкциях CPS.Этот подход является обычным для оценки дискриминантной валидности и предоставляет информацию об уникальности конструкций и качестве инструментов оценки. В этом контексте валидность упоминается как характеристика теста, поддерживающая интерпретацию взаимосвязей между оценками теста и эмпирическими данными (Messick, 1995). Достоверность и описательная статистика тестов на коварианты представлены в таблице 4.

Во-первых, был проведен предметно-ориентированный тест на предварительные знания , который включал три шкалы в различных областях содержания: химия сложных эфиров, взаимосвязь между структурой и свойством и природа химического равновесия.Тест состоял из 22 заданий с множественным выбором, которые оценивались дихотомически. Полученный суммарный балл рассматривался как мера предшествующих знаний студентов в предметной области.

Во-вторых, ученики должны были поработать над тестом плавного интеллекта , который содержал 36 пунктов. Они касались фигурной, числовой и вербальной шкал по 12 пунктов каждая. Студентам приходилось работать над образными и словесными аналогиями (например, «яблоки: сок = картофель:?»), А также над задачами математического мышления (подробности см. В Schroeders et al.2010). Все вопросы были оценены дихотомически и включены в общий фактор (Gf).

Наконец, мы проверили общий интерес студентов, выполнив две шкалы теста AIST (немецкий: Allgemeiner Interessens-Struktur-Test ; Bergmann and Eder 2005). Мы выбрали реалистичную (AIST-r) и исследовательскую (AIST-i) шкалы для дальнейшего анализа, поскольку они отражают аспекты научного интереса с приемлемыми психометрическими свойствами. Тест на общий интерес содержал 20 утверждений, которые оценивались по четырехбалльной шкале Лайкерта и суммировались до окончательной оценки по каждой шкале (0 = я полностью не согласен до 3 = полностью согласен ).

Анализ данных

Применение вероятностных моделей измерения

Для оценки способностей учащихся решать задачи, исходные баллы были масштабированы с помощью моделей теории ответа на вопросы (IRT), которые реализованы в программном пакете ACER ConQuest 2.0 (Ву и др., 2007). Эти модели полезны при моделировании многомерных компетенций, поскольку они позволяют проводить прямые сравнения между конкурирующими моделями и показывают взаимосвязь между трудностями, связанными с заданиями, и параметрами способностей человека.Они стали заметными в разработке тестов и естественнонаучном образовании (Neumann et al. 2011). Мы выбрали IRT-анализ как современный подход к моделированию сложных и многомерных конструкций (Bond and Fox 2007). Модели IRT подходят для моделирования категориальных данных без предположения о нормально распределенных переменных и допускают нелинейные отношения между скрытыми переменными и элементами (Wirth and Edwards 2007). Следуя модельным подходам к решению проблем и исследовательским способностям, предложенным многими преподавателями естественных наук и педагогами-психологами (e.г., Куо и Ву, 2013; Neumann et al. 2011; Scherer 2012; Quellmalz et al. 2012; Wüstenberg et al. 2012), этот анализ оказался подходящим для применения подтверждающего анализа размерности, особенно из-за категориального характера оценок учащихся (Bond and Fox 2007). Поскольку задания оценивались дихотомически и политомически, в данном исследовании использовалась модель частичного кредита. Эта модель учитывает пороги между категориями и может быть обобщена на многомерные аналоги, интерпретируя способности человека и трудности с предметами как многомерные векторы.Дополнительно учитывалась структура ковариационно-дисперсионной матрицы. Мы также отмечаем, что зависимостями элементов в ответах студентов можно пренебречь (для получения дополнительной информации см. Scherer 2012). Масштабирование IRT применялось в два этапа: первый шаг включал анализ на основе всех администрируемых элементов с целью идентификации элементов. что не соответствовало модели IRT. Одно- и четырехмерные модели использовались для исследования скрытой структуры конструкции и надежности каждого фактора (см. Рисунок 3).

Две конкурирующие модельные структуры. (а) однофакторная модель и фасетная модель (б) с четырьмя коррелированными факторами, представляющими этапы решения проблемы. Буквы l , m , n и o обозначают количество элементов на каждом из четырех этапов.

Впоследствии только элементы с умеренной дискриминацией, средневзвешенное значение квадрата (wMNSQ) от 0,75 до 1,33 и абсолютное значение t ниже 1.96, были включены во второй этап (Adams and Khoo 1996). И снова к данным были применены одно- и четырехмерные модели. Полученные в результате параметры человека и предмета были использованы для получения описательной статистики. В этой процедуре был применен алгоритм Монте-Карло цепи Маркова для многомерных моделей IRT (Wu et al. 2007).

Для оценки соответствия модели были приняты во внимание общие информационные критерии, такие как информационный критерий Акаике (AIC) и байесовский информационный критерий (BIC).Эти индексы даются следующим образом:

AIC = dev + 2npBIC = dev + logN · np,

, где «dev» представляет окончательное отклонение модели, N – размер выборки и n _p – количество параметров для оценки модели. Эмпирически предпочтительны модели с меньшими значениями AIC и BIC. Для сравнения конкурирующих моделей использовались информационные критерии и тест отношения правдоподобия × ² для окончательных отклонений.

Ссылаясь на наше теоретическое предположение о четырех факторах решения проблемы, мы только проверили, превосходит ли четырехмерная модель модель с одним фактором.Можно было бы протестировать другие модели CPS с меньшим количеством измерений, но мы сосредоточились на валидации предложенной модели с четырьмя факторами, потому что не было концептуальных и эмпирических доказательств для объединения или дифференциации этих шагов (Koppelt 2011; OECD 2013; Scherer 2012).

Моделирование структурных уравнений

Чтобы проанализировать взаимосвязи между CPS и связанными конструкциями, мы создали модели структурных уравнений, которые были проанализированы в Mplus 6.0 (Muthén and Muthén, 2010). В этих анализах параметры человека процедуры масштабирования IRT использовались в качестве индикаторов CPS. В процессе оценки отсутствующие значения обрабатывались с помощью процедуры максимального правдоподобия полной информации (FIML) (Enders 2010). Согласно тесту MCAR Литтла, данные, вероятно, полностью соответствуют механизму пропуска случайным образом ( × ² (309) = 335,16, p = 0,15), что узаконило использование FIML. В этом подходе к моделированию CPS служил результатом, а ковариаты – предикторами.Мы, наконец, выбрали моделирование структурным уравнением (SEM), чтобы получить довольно экономную модель, которая отражает отношения между CPS и ковариатами. В свете относительно небольшого размера выборки альтернативные подходы, такие как IRT-моделирование со скрытой регрессией, могли бы дать более предвзятые оценки.

Химические программы, необходимые для повышения качества решения реальных проблем – Campus Technology

STEM

: химические программы должны способствовать решению реальных проблем

• Дайан Шаффхаузер
• 19.02.18

Наука не застрахована от пробела в сфере образования и работы, на который работодатели жалуются в других областях.Недавний опрос показал, что большинство людей, работающих в области химии, считают, что нынешние учебные программы неадекватны для того, чтобы помочь студентам STEM подготовиться к будущей карьере. Опрос был проведен подразделением Elsevier Reaxys, которое создает платформу для исследований в области химии. В опросе приняли участие 186 специалистов-химиков, исследователей, студентов и преподавателей.

Согласно исследовательскому проекту, около шести из 10 респондентов (61 процент) считают, что в учебной программе тратится «слишком мало времени… на решение реальных проблем», что приводит к тому, что выпускники не «полностью готовы к работе».«

Полная треть респондентов (36 процентов) считают, что неспособность химического профиля набрать достаточное количество студентов является «кризисом для отрасли». Двадцать шесть процентов участников опроса указали на «репутацию химии как не инновационной» или «зеленой» в качестве основных причин отсутствия интереса студентов к этой области.

Отсутствие общего понимания химии также играет роль в ее неспособности привлечь новых студентов.Более половины респондентов (51 процент) заявили, что когда дело доходит до «серьезных проблем 21 века, таких как обеспечение чистой водой, продовольственная безопасность и возобновляемые источники энергии», общество в целом »не понимает роли, которую играют химики. в поиске решений “.

Области, в которых содержание курса должно уделять больше внимания, – это междисциплинарные знания (указано 26 процентами респондентов), способность сотрудничать с исследователями в других областях и регионах (21 процент) и возможность представить коммерческие аргументы в пользу исследовательских фондов. (16 процентов).Эти навыки тесно связаны с главными атрибутами, необходимыми исследователям-химикам для успеха в работе: междисциплинарными знаниями (выбранными 72% респондентов), навыками сотрудничества (59%) и способностью представить коммерческие аргументы в пользу исследования (45%). процентов).

Более восьми из 10 респондентов (84 процента) заявили, что для образовательных учреждений «критически важно» или «очень важно» повысить «технологическое воздействие», которое они предоставляют студентам.

Четверть заявили, что карьера в химии может включать «неинтересную работу и низкое вознаграждение».Как отметила исследователь Кристина Валимаки, старший директор химического подразделения Elsevier: «Если такое восприятие не изменится, не имеет значения, чем занимаются учебные заведения».

«Эти данные свидетельствуют о том, что академическим сообществам необходимо работать в большей согласованности с отраслью для выработки навыков, необходимых выпускникам для достижения успеха в будущем», – добавил Тим Хоктор, вице-президент по профессиональным услугам Elsevier. “Вопрос не в том, осведомлены ли педагоги, а в том, достаточно ли того, что делается.Текущие учебные программы должны быть изучены, чтобы убедиться, что знания и теоретические основы сбалансированы с обучением творческому и научному мышлению о том, как решать практические задачи ».

Дополнительные результаты доступны на веб-сайте результатов опроса Elsevier.

Об авторе

Дайан Шаффхаузер – старший редактор образовательных публикаций 1105 Media THE Journal , Campus Technology и Spaces4Learning .С ней можно связаться по адресу [электронная почта] или в Twitter @schaffhauser.