Aplicaţii ale informaticii în orele de chimie

Începând cu anul 1989, România a suferit serioase transformări atât economice cât şi sociale. Sub aspect social transformările au vizat în principal schimbări de natură relaţională la baza cărora găsindu-se informaţia şi accesul la informaţie. Dacă până la acea dată se vorbea de o “revoluţie informaţională”, după această dată asistăm la un adevărat “război informaţional”. Omul este asaltat de o cantitate enormă de informaţii provenite din cele mai diverse surse şi transmise pe toate căile informatice posibile începând de la o simplă discuţie amicală şi terminând cu bombardamentul informatic realizat de mass-media.
Într-un timp foarte scurt România s-a aliniat celorlalte state în ceea ce priveşte informatizarea, prelucrarea şi transmiterea datelor, fenomen favorizat şi de apariţia Fax – ului şi Internet – ului.
În plan didactic, războiul informaţional a debutat prin supraîncărcarea programelor şcolare, ale căror efecte atât pozitive cât şi negative s-au văzut de-a lungul anilor. Reforma învăţământului românesc a adus o mică ameliorare în acest domeniu până în prezent, dar a amplificat unele efecte secundare ale acestuia prin haosul creat de lipsa de organizare a informaţiei şi de ultraterminologia nou introdusă. O intenţie salutară a M.E.C. o constituie introducerea disciplinelor informatice la liceu şi emiterea ordinului cu privire la dotarea şcolilor cu laboratoare de informatică şi acces la Internet.
Dacă la nivel de macrosistem nu s-au înregistrat efecte pozitive elocvente, la nivel de microsistem se observă o intensificare a fenomenului de informatizare cu impact direct asupra elevului şi indirect asupra profesorului. Din acest punct de vedere elevului îi revin mult mai multe sarcini de realizat, ceea ce implică prelucrarea de către acesta a unui volum mult mai mare de informaţie, pe când profesorului îi revine sarcina de a se pregăti mult mai intens în vederea susţinerii lecţiilor la clasă.
Revenind la nivel de macrosistem, după ’89 România a fost invadată de tehnica de calcul modernă. Deşi occidentul considera aceste echipamente ca depăşite pentru vremea respectivă, importul de astfel de tehnică a schimbat iremediabil concepţiile privind manipularea informaţiilor, lucru care se observă începând de la banala maşină de încasat bani din magazine (care nu demult funcţiona pe principiul roţilor dinţate inventat de Leonardo da Vinci) şi terminând cu cele mai moderne sisteme de supraveghere şi conducere a proceselor tehnologice, a celor de telecomunicaţii sau de ce nu a celor spaţiale apărute.
În plan didactic echipamentele electronice de prelucrare a datelor au adus considerabile îmbunătăţri în modul de transmitere a cunoştinţelor. Astfel aceste “maşinării” sunt capabile să înlocuiască complet tot materialul didactic tradiţional folosit în învăţământ şi în anumite situaţii pot înlocui chiar şi profesorul sau manualul. Datorită efectelor multimedia create cu aceste dispozitive elevului îi pot fi furnizate informaţii privind procesualitatea fenomenelor studiate. Sub acest aspect banalele planşe, folii pentru retroproiector, filme, diapozitive şi chiar instrumentaţia şi aparatura de laborator pot fi substituite de programe special create, ce prezintă sau simulează realitatea concretă, intr-un mod foarte accesibil, uşor de analizat, folosind pentru aceasta fie texte, fie imagini statice sau dinamice (animaţie) şi sunete. Realitatea virtuală astfel creată reduce considerabil munca profesorului, elimină inconvenientele legate de lipsa materialelor necesare (reactivi, veselă, aparatură, planşe etc.), elimină riscul unor accidente şi măreşte randamentul de învăţare folosind timpul care s-ar fi cheltuit în aşteptarea desfăşurării evenimentului studiat în scopul clarificării şi sublinierii părţilor esenţiale ale fenomenului, trezind de asemenea interesul şi curiozitatea elevilor.
Dacă toate acestea constituie avantaje din punct de vedere al transmiterii de informaţie (cunoştinţe), drept consecinţă apar şi o serie de dezavantaje printre care cel mai important este lipsa de participare activă, “pe viu”, a elevului la desfăşurarea evenimentului. Folosirea abuzivă a realităţii virtuale duce până în final la pierderea unor elemente cum ar fi aptitudinile şi deprinderile motrice, investigative, capacităţile de orientare tridimensională etc. Prin urmare elevul deşi va cunoaşte din punct de vedere teoretic cum se efectuează măsurarea unei mărimi (temperatura, ca exemplu) va fi incapabil să o efectueze practic, datorită lipsei de îndemânare.
Folosirea graduală şi controlată a realităţii virtuale poate conduce la rezultate semnificative cu atât mai mult cu cât aceasta permite elevilor studiul individual. Astfel există o sumedenie de programe create în vederea învăţării unor cunoştinţe din diferite domenii fără profesor. Modul lor de alcătuire permite elevilor accesul secvenţial la informaţia din domeniul care-l interesează, oferind totodată posibilitatea aflării unor detalii din ce în ce mai avansate. Textul însoţit adeseori de efecte sonore, de animaţie şi de elemente interactive, măreşte atât gradul de înţelegere a materialului prezentat cât şi posibilitatea de însuşire şi corectare a limbajului de specialitate din domeniul respectiv.
Dacă ţinem cont că majoritatea acestor programe sunt realizate în limba engleză, ne dăm seama că elevul sau cel care urmăreşte programul va fi pus în situaţia de a învăţa această limbă şi de a-şi îmbogăţi continuu vocabularul şi dicţia.
Privind analitic procesul de instruire şi sau autoinstruire cu ajutorul calculatorului se disting mai multe aspecte.
1. Aspectul psihologic
Transferul informaţiei presupune existenţa unei surse de emisie a informaţiei (profesorul, calculatorul şi pachetul de programe) şi a unui receptor (elevul). Informaţia, între cele două terminale, urmează un drum asemănător celui din telecomunicaţii. Astfel informaţia pleacă de la sursă după ce aceasta a fost codificată într-un mod corespunzător (sunet, imagine) alcătuind mesajul, pe un canal de transmitere până la receptor unde are loc decodificarea informaţiei. Sub acest aspect informaţia reprezintă forma cea mai comunicabilă a realităţii declanşând anumite modificări în starea destinatarului. Pentru ca ceea ce s-a emis de către sursă să fie receptat întocmai aşa cum a fost transmis, sistemul sursă – receptor, trebuie să beneficieze de un subsistem de autoreglare prin feed – back, adică erorile produse determină o acţiune retroactivă asupra sistemului, sau prin feed – before, adică sistemul să prevină producerea unor eventuale erori.
Primul tip de autoreglare caracterizează în mod propriu sistemele informatice pe când al doilea tip de autoreglare caracterizează sistemele cibernetice.
2. Aspectul tehnic
Calculatorul, prin programul pe care-l execută, oferă toate informaţiile cerute de către utilizator. Astfel calculatorul devine sursa informaţiilor transmise prin mesaje audio – video, adică prin elemente multimedia. Rămâne ca elevul, destinatarul sau receptorul de informaţie, să aleagă informaţia pe  care o doreşte, precum şi calea prin care aceasta să-i fie transmisă. Toate aceste facilităţi devin posibile ca urmare a evoluţiei rapide a limbajelor de programare. Nu demult (1985) toate sistemele de calcul funcţionau pe baza limbajelor Fortran, Basic, Pascal şi Cobol. Deşi aceste limbaje permiteau efectuarea multor aplicaţii, timpul şi munca programatorului era titanică. Mai mult, la aceste limbaje nu poate fi făcută distincţia dintre utilizator şi programator, utilizarea calculatorului cerând cunoaşterea limbajelor de programare. Apariţia MS – DOS nu a adus modificări semnificative în munca cu calculatorul, programatorul rămânând şi utilizator, dar a permis crearea mediilor de operare avansate de tipul Windows, Linux etc. cu interfaţă grafică.
Trecerea de la comenzile de programare la simple apăsări de buton virtual a separat munca programatorului (creatorului de programe) de cea a utilizatorului (a celui care foloseşte aplicaţiile programului), acesta din urmă ne mai având nevoie de cunoştinţe de programare ci doar de operare pe calculator. Pe acest fond munca cu calculatorul devine o joacă de copil. De fapt foarte mulţi copii de vârstă preşcolară utilizează calculatorul atât pentru a se juca cât şi pentru a urmări diferite animaţii. Surprinzător este faptul că aceşti copii învaţă mult mai uşor să opereze pe calculator chiar şi în lipsa cunoştinţelor de scriere şi citire prin simple analogii între butonul “apăsat” şi aplicaţia creată de calculator.
3. Aspectul dotării cu material didactic
Mijloacele multimedia din constituţia echipamentelor de calcul moderne sunt capabile să substituie în totalitate sau aproape în totalitate realitatea prin ceea ce numim “realitate virtuală”.
Dacă materialele didactice tradiţionale oferă o multitudine de căi de instruire, lipsa acestora face imposibilă sau cel puţin îngreunează transmiterea de cunoştinţe. Apariţia elementelor multimedia (calculatoare echipate cu CD – ROM, placă de sunet şi boxe audio) face posibilă înlocuirea materialelor didactice care lipsesc sau dacă acestea există îmbogăţesc valenţele educative ale acestora. Astfel, ca exemplu, mijloacele audio – video cu proiecţie statică (retroproiector, epiproiector, diascop sau diaproiector), sau dinamică (cineproiector, telereceptor, magnetoscop), precum şi a celor audio simple (radioreceptor, pick – up, casetofon, magnetofon) au o serie de virtuţi didactice superioare cretei, tablei şi planşelor. Efectul sonor şi/sau vizual măresc cantitatea de informaţie transmisă de la sursă la receptor folosindu-se de faptul că prin imagine şi sunet omul percepe cca. 90% din totalitatea informaţiilor din mediul înconjurător. De asemenea memoria vizuală este mult mai bine dezvoltată decât memoria auditivă sau kinestezică, înmagazinând mai uşor informaţia.
Incluzând calculatorul echipat cu elemente multimedia în cadrul mijloacelor audio – video putem spune că un singur calculator va putea substitui totalitatea aparatelor audio – video enumerate anterior. Mai mult decât atât calculatorul va substitui şi rolul altor mijloace de învăţământ aşa cum s-a arătat mai înainte, iar prin capacitatea acestora de a manipula şi prelucra informaţia stocată în memoria internă sau externă, face posibilă prezentarea aceleiaşi informaţii sub diferite aspecte făcând-o mult mai uşor accesibilă elevului.
Din punct de vedere material, instituţia de învăţământ trebuie să realizeze o dotare corespunzătoare a laboratoarelor, inclusiv a celor de chimie, fizică, biologie etc., atât cu calculatoare şi elemente multimedia cât şi cu programe destinate instruirii şi autoinstruirii, respectiv prin conectarea la Internet. Acest lucru determină investirea de către unităţile şcolare a unor sume relativ mari de bani, respectiv implicarea cadrelor didactice în efectuarea de cursuri de operare pe calculator.
4. Aspectul metodologic
Implementarea tehnologiilor informatice în realizarea orelor la toate disciplinele de învăţământ aduce o tentă de modernism în cadrul metodelor didactice. Practic orice metodă de predare, învăţare şi evaluare poate fi asistată de calculator, totul depinzând de originalitatea şi ingeniozitatea profesorului şi de programele informatice de care dispune.
Spre exemplu, la chimie, metoda exerciţiului poate fi asistată de calculator, elevul fiind pus în ipostaza de a rezolva problema algoritmizat; metoda experimentului poate fi înlocuită sau completată cu simulări în realitatea virtuală, suplinind astfel deficitul de materiale din dotarea laboratorului; metoda descoperirii poate fi însoţită de diverse efecte multimedia care să conducă elevul, din aproape în aproape, spre descoperirea adevărului ştiinţific urmărit. Desigur acestea sunt doar câteva sugestii care vor diversifica activitatea profesorului la clasă crescând interesul elevilor pentru nou şi de ce nu pentru disciplina studiată.
O aplicaţie cu impact deosebit asupra procesului instructiv – educativ o reprezintă folosirea calculatorului în cadrul metodei de instruire programată.
Instruirii programate îi sunt specifice tehnicile de lucru din domeniul informatic. Astfel cerinţele adresate elevului sunt prezentate sub formă de secvenţe. Se disting secvenţe principale, obligatorii pentru a fi parcurse de toţi elevii, secvenţe ajutătoare, menite să ofere indicaţii asupra modului de rezolvare şi de evitare şi corectare a greşelilor, respectiv secvenţe avansate, destinate elevilor care au parcurs fără greşeli secvenţa principală.
În cadrul instruirii programate sarcinile adresate elevilor sunt alcătuite sub formă de itemi (paşi). Pasul reprezintă unitatea grafică ce cuprinde sarcina de rezolvat şi spaţiul corespunzător rezolvării. În varianta implementată pe calculator, pasul, poate conţine şi casete cu răspuns ascuns şi trimiteri automate la indicaţii secvenţiale (indicaţii generale de rezolvare şi indicaţii speciale sau suplimentare).
Paşii folosiţi în instruirea programată pot fi alcătuiţi în mai multe variante:
a. itemi de tip liniar (programa liniară a lui Skinner), când se cere elevului completarea unui text;
b. itemi de tip ramificat (programa ramificată a lui Crowder), cu răspuns la alegere sau cu răspuns încrucişat;
c. itemi de tip combinat (programa combinată), ca variantă comună a primelor două.
Crearea unei teme de instruire  programată în lipsa calculatorului presupune foarte multă muncă, timp şi material. Sub acest aspect fiecare temă trebuie să conţină una sau mai multe trimiteri la indicaţii (sarcini) ajutătoare care să fie repartizate pe pagini diferite pentru a evita “inspirarea”.
Folosirea calculatorului în instruirea programată economiseşte materialul dar îngreunează munca de creare a fişei de instruire ridicându-se problema programării unei astfel de aplicaţii.

Avantajele instruirii programate:
• elevii recepţionează activ informaţia însuşind-o pe baza activităţii independente, individuale şi în ritm propriu;
• facilitează procesul însuşirii constante a cunoştinţelor;
• asigură desfăşurarea activităţilor de tip recapitulare, fixare şi verificare a cunoştinţelor;
• uşurează munca profesorului (dacă are fişa gata creată);
• încurajează elevii în încercarea de a căuta răspunsul corect fără a fi ghidaţi de profesor.

Dezavantaje:
• metoda este greu, dacă nu imposibil de aplicat la unele teme, nu orice conţinut putând fi transpus în forma instruirii programate;
• limitează spiritul de colectivitate;
• lipseşte climatul afectiv creat de profesor;
• limitează şi standardizează exprimarea elevului, acesta fiind pus în situaţia de a încercui, sublinia sau de a nota varianta de răspuns găsită corectă, de a scrie un cuvânt sau de a realiza un desen. În acest sens folosirea abuzivă a metodei va conduce la formarea unui stil lipsit de valenţe expresive în formularea răspunsurilor.

5. Aspectul interdisciplinar
Pornind de la realitatea unitară, date fiind capacităţile limitate de a o aborda au apărut o serie de ştiinţe particulare aşa cum sunt fizica, chimia, biologia etc. Dezvoltarea acestor ştiinţe a dus la o fragmentare şi mai accentuată a lor. Obiectul de studiu a devenit din ce în ce mai îngust, metodologia din ce în ce mai specifică şi limbajul din ce în ce mai diferenţiat. Evoluţia ştiinţelor particulare a arătat că nu pot exista ca ştiinţe închise, astfel că în ultimul timp teoriile apărute au o aplicabilitate extrem de largă, generalizantă.
Din acest punct de vedere interdisciplinaritatea reprezintă una dintre caracteristicile fundamentale ale ştiinţei contemporane care are tendinţa de ştergere a diferenţelor şi de unificare a cunoştinţelor.
Implementarea tehnicii de calcul în abordarea şi explicarea realităţii devine un lucru strict necesar. Folosirea calculatorului atât în cercetarea ştiinţifică cât şi în munca educativă devine o necesitate. Programele informatice sunt prin definiţie unioniste, algoritmii ce descriu diferite legităţi ştiinţifice au la bază aceleaşi elemente de programare şi deci sunt universal valabile în toate domeniile prin urmare abordarea interdisciplinară a conţinuturilor poate fi făcută foarte uşor (a se vedea Enciclopedia ştiinţelor).
6. Aspectul resurselor umane
Sub aspectul personalului didactic şi al elevilor implementarea tehnologiilor informatice în cadrul orelor diferitelor discipline ridică o problemă importantă şi anume fiecare elev şi profesor, pentru a folosi echipamente multimedia, trebuie să cunoască minim noţiunile de bază privind operarea pe calculator şi evident limba engleză. Dacă aceste condiţii nu sunt indeplinite, orice dotare oricât de performantă ar avea la dispoziţie elevul şi profesorul, respectiv orice program, oricât de sofisticat şi de performant ar fi, va rămâne un simplu calculator şi un simplu program lipsite de orice eficienţă.

În finalul acestui material voi încerca o exemplificare a celor prezentate aici pe baza unor materiale realizate pe calculator. În acest sens prezint:

a. Sistemul periodic al elementelor, program creat de Symantec Corporation
Programul este o aplicaţie utilă studiului chimiei la orice nivel, atât preuniversitar cât şi universitar, oferind multiple informaţii asupra elementelor chimice. Astfel programul permite vizualizarea tabelului periodic în diferite variante de conţinut, anume: masa atomică şi numărul atomic; anul descoperirii elementelor;  starea de agregare funcţie de temperatură; caracterul chimic; electronegativitate; raza atomică, raza covalentă şi raza ionică;  volumul atomic; punctul de topire şi punctul de fierbere; căldura specifică, căldura de vaporizare şi căldura de lichefiere; densitatea; potenţialele de ionizare; conductivitatea termică şi electrică, precum şi:
- vizualizarea caracteristicilor fiecărui element în parte (un adevărat manual al elementelor chimice);
- determinarea masei moleculare a combinaţiilor chimice;
- determinarea dozei de radiactivitate şi raze X emisă sau absorbită, precum şi date de fluorescenţă;
- izotopii.
Existenţa în program a unei funcţii care permite listarea la imprimantă face ca aplicaţia să fie de un real folos la clasă în lipsa calculatorului.

b. Enciclopedia ştiinţelor (matematică, fizică, chimie şi biologie) creat de DK Multimedia – London
Enciclopedia ştiinţelor este o colecţie a cuceririlor ştiinţifice acumulate de omenire de-a lungul timpului, prezentate într-o formă deosebit de atractivă prin efectele multimedia ce însoţesc textul şi grafica (sunete, animaţie şi imagini 3D).
În capitolul rezervat chimiei sunt prezentate date despre: amestecuri de substanţe şi metode de separare, noţiuni despre elementele chimice (atomi, ioni, izotopi), compuşi chimici organici şi anorganici, legături chimice, reacţii chimice etc.

c. Fişă de instruire programată cu tema “Structura atomului” material pentru clasa a VII – a, creată de propunătoare

Materialul reprezintă o aplicaţie destinată elevilor clasei a VII – a  cu ajutorul căreia se poate  realiza verificarea, fixarea şi recapitularea acestei teme.
Aplicaţia este creată sub formă de instruire programată, elevilor fiindu-le oferite trimiteri la informaţii care fie să-i ajute în găsirea rezultatului corect fie să-i conducă pas cu pas spre acesta. De asemenea aplicaţia permite compararea răspunsului găsit de elev cu un răspuns predefinit de autorul programului.

d. Registru de calcul pentru probleme de chimie realizat pentru calcule pe baza ecuaţiilor reacţiilor chimice, creat de propunătoare.
Aplicaţia este destinată rezolvării problemelor de chimie pe baza ecuaţiilor chimice folosind o interfaţă grafică cu conţinut algoritmizat.

Rezolvarea problemei presupune prelucrarea automată a datelor de intrare pe baza unor relaţii predefinite, ascunse utilizatorului şi care nu arată modul în care se rezolvă problema, prezentând doar rezultatele. De asemenea programul oferă şi date despre densitatea absolută şi relativă a substanţelor, numărul de moli şi numărul de particule conţinute de acestea, informaţii deduse din datele problemei.
Cu toate că aplicaţia nu are un caracter didactic, neînvăţând elevul să rezolve problema, poate totuşi servi acestuia în verificarea rezultatelor deduse prin rezolvare în modul tradiţional. De asemenea aplicaţia poate fi utilă în cadrul orelor de lucrări practice când se doreşte determinarea prin calcul a cantităţilor de substanţe necesare, mai ales dacă pe viitor va fi dezvoltată astfel încât să poată utiliza şi valori despre randamentul reacţiei, conversiei, concentraţia reactanţilor, maselor moleculare etc.

Bibliografie
1. C. Gheorghiu, V. Lupu, D. Preoteasa, M. Dumitru – Metodica predării Chimiei, E.D.P., Buc., 1982;
2. T. Mucica _ Îndrumător metodic pentru folosirea mijloacelor de învă-ţământ, E.D.P.,Buc.,1982;
3.  A. Restinian – Integronica, Ed.Ştiinţifică şi enciclopedică, Buc., 1989;
4.  Symantec Corporation – Periodic Table, CD – copyright 1994 – 1997;
5.  Easy C Base – CD – Windows 98, copy right 1994, Ed. Teora, Buc., 1999;
6.  Eyewitness Enciclopedia of Science, CD – copyright 1997;
7.  E. Maloney, J.Nossiter – Word 97, Ed. Teora, Buc., 1998;
8.  Quick course in Mycrosoft Excel 2000, SUA, 1999.