Виртуальная лаборатория как одна из форм интерактивного обучения учащихся на уроках химии На сегодняшний день во многих сферах жизни общества используются интерактивные технологии. Мультимедиа проекторы, интерактивные доски и панели, системы видеоконференцсвязи, системы голосований облегчают большинство проблем, которые существовали раньше. Расстояния и пространство теперь не так важны в учебе и работе. Уже невозможно представить крупное совещание без проектора, с помощью которого вся аудитория получает требуемую информацию. В образовании начинается применение интерактивных досок и панелей, которые не только облегчают работу преподавателя, но и дают больше возможностей для обучения. Современные информационные технологии предоставляют практически неограниченные возможности в размещении, хранении, обработке и доставке информации на любые расстояния и любого объема и содержания. Сегодняшнюю деятельность человека невозможно представить без одного из самых главных технических достижений ХХ века — компьютера. Большинство интерактивных технологий, о которых идет речь, созданы чтобы дополнить и увеличить те возможности, которые предоставляют компьютеры сегодня. Среди дисков – победителей конкурса по разработке и созданию учебной литературы нового поколения на электронных носителях для общеобразовательной школы, поступивших в образовательные учреждения, был диск «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория». В отличие от предыдущих программных продуктов он имеет ряд интересных особенностей, которые в целом направлены на повышение мотивации детей при обучении химии. Основная цель использования ЭИ «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория», как и информационных технологий в целом, – достижение нового качества образования, обеспечение методической поддержки учебного процесса с помощью современных, преимущественно интерактивных средств и форм обучения, а также повышение учебной самостоятельности и творческой активности школьников. Виртуальная лаборатория по Химии представляет собой ряд интерактивных практических работ и опытов. Тематика опытов полностью соответствует ПРИМЕРНОЙ ПРОГРАММЕ ОСНОВНОГО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ ПО ХИМИИ и ориентирована на учебники химии, рекомендованные Министерством науки и образования РФ и использующиеся в большинстве российских школ. В пособии представлены работы по изучению физических и химических свойств, получению и применению металлов и неметаллов, их соединений. Предлагаются опыты по ознакомлению с образцами простых и сложных веществ, минералов и руд, изучению физических и химических свойств некоторых из них. Содержащаяся информация может быть использована при изучении тем “ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ОСНОВЫ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ”, “ПЕРВОНАЧАЛЬНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВАХ”, “ХИМИЯ И ЖИЗНЬ”. Решение экспериментальных задач по теме Знакомство с образцами неметаллов и их природными «Получение соединений соединениями металлов и изучение их свойств» Подробнее... Подробнее... Изготовление моделей углеводородов Распознавание хлоридов и сульфатов Подробнее... Решение экспериментальных задач Определение характера по теме “Металлы и среды раствора с неметаллы” помощью универсального индикатора Подробнее... Подробнее... Подробнее... Взаимодействие цинка и Идентификация неорганических соединений железа с растворами кислот и щелочей Подробнее... Знакомство с образцами пластмасс, волокон и Знакомство с образцами каучуков металлов и их рудами Подробнее... Подробнее... Подробнее... Лаборатория В данный раздел входит более 150 химических опытов, предусмотренных для проведения и демонстрации в программе школьного химического образования (рис. 1). Химические опыты проводятся в виртуальной лаборатории, которая включает необходимое химическое оборудование (пробирки, колбы, штативы и др.) и химические реактивы. Состав химического оборудования и химических реактивов, предоставленных учащимся, определяется в соответствии с проводимым химическим опытом (рис. 2). Рис. 1. Меню раздела «Лаборатория» Рис. 2. Демонстрация опыта по теме «Свойства кислот и оснований» Для визуализации химического оборудования и химических процессов использованы средства 3D-графики и анимации, а также цифровое видео. В случае необходимости предусмотрена возможность проведения необходимых измерений виртуальными измерительными приборами и изменение параметров проводимых опытов. Предусмотрена возможность демонстрации в специальном окне увеличенных изображений происходящих химических процессов. В ходе каждой лабораторной работы учащийся проводит наблюдения (в виде виртуальных фотографий), обрабатывает и обобщает полученные результаты опытов в «Лабораторном журнале». При заполнении «Лабораторного журнала» используется специальная программа «Редактор химических формул». На всех этапах выполнения лабораторной работы программой осуществляется контроль за действиями учащихся и даются соответствующие комментарии и рекомендации в виде текста или реплик педагогического агента – персонажа Химик. При проведении эксперимента учащийся получает пошаговые инструкции к выполнению опыта, предусмотрено также их выполнение с различными параметрами. Результаты выполнения лабораторной работы учащихся хранятся в индивидуальном файле, который доступен учителю для просмотра и оценки. Конструктор молекул В данном разделе представлена часть «Виртуальной лаборатории», в которой работы выполняются с помощью «Конструктора молекул» (рис. 3). Рис. 3. Окно раздела «Конструктор молекул» «Конструктор молекул» позволяет учащимся самостоятельно моделировать молекулы органических и неорганических веществ из предоставленного набора атомов химических элементов. Это дает возможность глубже понять пространственное строение молекул и прогнозировать свойства веществ. На основе «Конструктора молекул» выполняется ряд лабораторных работ, в том числе лабораторная работа 4, в ходе которой можно визуализировать трехмерные модели молекул с атомными орбиталями. Тесты В данном разделе ЭИ представлены средства для тестирования знаний учащихся, полученных в результате выполнения лабораторных работ. Это набор контрольных заданий. Предусмотрена возможность использования семи различных мультимедиаформ для записи контрольных заданий. Кроме этого, в лабораторных работах 4.2 и 4.3 используются многовариантные тесты, позволяющие проверять у учащихся умение определять неизвестные органические и неорганические вещества и доказывать их химический состав на основе качественных химических реакций (рис. 4). Рис. 4. Пример многовариантного теста на распознавание веществ После выполнения контрольных заданий проводится подсчет полученных баллов и составляется перечень допущенных ошибок. Результаты тестирования по каждому ученику записываются в индивидуальные файлы, которые доступны для просмотра и учителю, и учащимся. Задачи Раздел предназначен для выработки навыков в решении расчетных задач по химии. Он содержит 49 типовых задач, расположенных по каждому разделу в порядке возрастания сложности. Это позволяет учащемуся с недостаточной исходной подготовкой постепенно освоить их решение. Раздел охватывает все основные виды расчетных задач из школьного курса химии и представляет особую ценность при самостоятельной подготовке учащихся к занятиям и экзаменам (в том числе и к ЕГЭ). Впервые в ЭИ реализована методика обучения решению расчетных химических задач. Информационно-справочные материалы В данном разделе содержится дополнительная иллюстративная информация, необходимая для проведения лабораторных работ, решения задач и усвоения учебного материала в пределах, предусмотренных стандартом химического образования. Доступ к информации возможен из всех разделов электронного издания и осуществляется по системе меню и гиперссылок. В этот раздел включены: • коллекция – тематические материалы, содержащие различные мультимедиакомпоненты (фото, видео, анимации, графику, формулы, учебные тексты) (рис. 5); • информация об ученых-химиках (55 биографий) (рис. 6); • хрестоматия; • таблицы и другие справочные материалы по химии (12 химических таблиц) (рис. 7); • ссылки на ресурсы Интернет. Рис. 5. Тематический блок «Коллекции» из раздела «Информационно-справочные материалы» Рис. 6. Тематический блок, посвященный ученым-химикам (раздел «Информационно-справочные материалы») Рис. 7. Периодическая таблица со сведениями об элементах Интерфейс преподавателя и поддержка работы в сети «Интерфейс преподавателя» при работе с ЭИ в локальной сети позволяет учителю осуществлять контроль над работой группы учеников (результаты выполнения лабораторных работ и тестов) (рис. 8), выставлять оценки в лабораторном журнале ученика, управлять доступом учеников к некоторым учебным заданиям (опыты и тесты). Рис. 8. Интерфейс преподавателя При анализе компонентов ЭИ и с учетом календарно-тематического планирования, принятого в гимназии, в целом ЭИ «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» можно использовать на 74% уроков химии в 8–11-х классах и на 59% занятий пропедевтического курса в 7-м классе. В качестве средства повышения мотивации изучения предмета ЭИ использовалось на всех этапах урока: 1) на занятиях в качестве дополнительного иллюстративного материала; при этом использовались графические изображения, анимации, звуковые и видеофрагменты из коллекции учебных материалов, интерактивные лабораторные работы для демонстрации явных и скрытых процессов; показ интерактивного решения задач при фронтальной работе с классом и выполнение интерактивных заданий при индивидуальной работе; конструктор молекул, предоставляющий возможность учащимся провести исследовательские работы по моделированию молекул неорганических и органических веществ, ионов и т.д.; 2) для самостоятельной творческой работы учащихся (работа с коллекцией учебных объектов, виртуальными лабораторными работами, задачами), а также в качестве дополнительного учебного материала для углубленной подготовки по предмету; 3) на виртуальных практических занятиях в компьютерном классе (в случаях невозможности проведения реальной лабораторной работы). Школьники с большим удовольствием работают с программой. Особый интерес проявляют учащиеся 7-го класса. Общий интерфейс и дизайн ЭИ отвечает потребностям детей. Использование ЭИ заставляет учеников ставить перед собой и учителем вопросы, на которые они с помощью помощника Химик находят ответы. Использование ЭИ на уроках химии помогает учителю в визуализации учебного материала, особенно при формировании основных понятий, необходимых для понимания микромира (строение атомов, молекул), таких важнейших химических понятий, как «химическая связь», «электроотрицательность», при проведении реакций с ядовитыми веществами (галогены), длительных по времени химических опытов (гидролиз нуклеиновых кислот) и т.д. К тому же в условиях виртуальной лаборатории можно провести практические работы, которые нельзя осуществить по тем или иным причинам (например, использование реактивов I, II группы опасности) в реальной школьной лаборатории. Все это повышает интерес у учащихся к предмету и, как следствие, приводит к улучшению качества знаний. Электронное издание «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» предназначено для использования в текущем учебном процессе полного среднего общего образования при подготовке учащихся во время занятий в компьютерных классах, а также во время аудиторных занятий (демонстрации). Кроме этого, обеспечивается возможность использования электронного издания (ЭИ) для самостоятельной работы учащихся (дома, в библиотеке, медиацентре) ЭИ "Химия. 8-11 класс. Виртуальная лаборатория" Электронное издание "Химия. 8-11 класс. Виртуальная лаборатория" предназначено для использования в учебном процессе полного среднего общего образования во время занятий в компьютерных классах, для аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы учащихся дома. ЭИ издается на двух CD-ROM. ЭИ "Химия. 8-11 класс. Виртуальная лаборатория" – победитель в номинации "Обучающие и образовательные программы" на девятом фестивале творческого интерактивного мультимедиа-контента Контент 2004. ЭИ включает: виртуальную лабораторию; конструктор молекул; тренажер для решения химических задач; тесты; таблицы; хрестоматию; "Коллекцию", включающую свыше 600 иллюстраций (анимации, видео, графика и т.д.). Виртуальная лаборатория реализована средствами трехмерной графики, что позволяет полностью имитировать процедуры выполнения опытов в реальной химической лаборатории. В лабораторию включены более 150 химических опытов, предусмотренных для проведения и демонстрации в программе школьного химического образования. В ходе выполнения каждой лабораторной работы учащийся производит наблюдения и может сохранить их в виде "виртуальных фотографий". Учащиеся обрабатывают и обобщают полученные результаты проведенных опытов в "Лабораторном журнале". При заполнении "Лабораторного журнала" используется специальная программа "Редактор химических формул". "Конструктор молекул" позволяет учащимся самостоятельно моделировать молекулы органических и неорганических веществ из предоставленного набора атомов химических элементов. Тестирование производится до и после выполнения лабораторных работ. Раздел "Задачи" предназначен для выработки у учащегося навыков в решении расчетных задач по химии. В раздел включено более 50 типовых химических задач. Раздел "Коллекция" содержит дополнительную иллюстративную информацию, необходимую для проведения лабораторных работ, решения задач и усвоения учебного материала. В раздел включены свыше 600 иллюстраций (анимации, видео, графика и т.д.). В разделе "Таблицы" представлено около 20 таблиц, содержащих справочную информацию. ЭИ содержит биографическую информацию о более чем 50 ученых-химиках. Для быстрого поиска необходимой информации в ЭИ предусмотрены инструменты "Карта", "Предметный указатель" и "Поиск".