Виртуальная лаборатория как одна из форм

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".