Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №19/2007

ИЗ ОПЫТА РАБОТЫ

«Химия (8–11 класс).
Виртуальная лаборатория» — одно из средств интенсификации процесса обучения химии

Во всех сферах образования ведутся поиски способов интенсификации и быстрой модернизации системы подготовки, повышения качества обучения с использованием компьютерных технологий. Возможности компьютерных технологий как инструмента человеческой деятельности и принципиально нового средства обучения привели к появлению новых методов и организационных форм обучения.

Для внедрения информационных технологий в процесс образования Государственная Дума и Совет Федерации РФ приняли Национальную доктрину образования до 2025 г. и концепцию модернизации российского образования на период до 2010 г. Правительством России утверждены федеральные программы «Дети России на 2003–2004 гг.», «Молодежь России (2001–2005 гг.)», «Развитие образования на 2000–2005 гг.» (сайт ФПРО – www.fped.ru) и др.

В рамках федеральной целевой программы «Развитие единой образовательной информационной среды (2001–2005 гг.) в июне 2004 г. подведены итоги открытого конкурса «Создание электронных средств учебного назначения для общего и профессионального образования» на поставку мастер-дисков для нужд образовательных учреждений Российской Федерации.

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 [1].

Электронное издание «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» [2] 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) (табл. 1).

Таблица 1

Использование материалов электронного издания

Материал ЭИ Количество уроков с использованием ЭИ
к общему количеству уроков, %
8 класс 9 класс 10 класс 11 класс
Коллекции 89 69 90 89
Демонстрационный эксперимент 19 42 52 28
Лабораторные опыты 22 35 58 44
Занимательный материал 16 9
Творческие задания (по материалам диска) 20 16 2
Задачи 13 14 9

Рассматриваются пять тем: «Оборудование химической лаборатории и приемы работы с ним», «Свойства неорганических веществ», «Свойства органических веществ», «Химические реакции», «Атомы и молекулы». В каждой из тем выполняются лабораторные работы, тесты по технике безопасности. Контроль полученных знаний осуществляется с помощью итоговых тестов.

Помощь при выполнении лабораторных работ и работе с ЭИ можно получить, нажав на знак вопроса в нижнем левом углу экрана или у Химика (фигурка там же).

В состав ЭИ «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» включены следующие разделы.

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»
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»
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
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. 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
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
Рис. 8. Интерфейс преподавателя

В 2005/06 учебном году ЭИ «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» использовалось в урочной и внеурочной работе по химии в гимназии № 42 в г. Пензе. Кабинет химии оборудован комплектом специальных технических и информационных средств (компьютер, мультимедийный проектор, телевизор, видеомагнитофон), а также набором видеокассет и мультимедийных дисков, что позволяет проводить уроки с использованием информационных технологий.

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.

В подтверждение этого проводился сравнительный анализ процента качества знаний тем, изучаемых с применением информационных технологий и без их использования. Результаты можно рассмотреть на примере двух тем из органической химии «Алкены» и «Арены». В процессе изучения тем проводились практические работы: «Получение этилена и изучение его свойств» (в условиях школьной лаборатории) и «Ароматические углеводороды» (с использованием «Виртуальной лаборатории»). Контроль знаний и умений по темам осуществлялся в виде тестовых заданий [3]. Результаты работ показывают эффективность использования диска «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» (табл. 2).

Таблица 2

Анализ результатов практических и контрольных работ

Класс Качество знаний темы, %
Алкены Арены
Практическая работа «Получение этилена и изучение его свойств» Контрольная работа по теме «Алкены» Практическая работа «Ароматические углеводороды» Контрольная работа по теме «Арены»
10а 71 86 80 90
10б 94 72 Не использовался 65
10в 86 32 90 63

Использование ЭИ «Химия (8–11 класс). Виртуальная лаборатория» в практике преподавания химии в школе может быть многогранным. Методические рекомендации есть на диске. Каждый учитель может применять отдельные элементы ЭИ по своему усмотрению и с учетом целей и задач урока.

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.

Статья подготовлена при поддержке студии «Videoglobal». Если Вам срочно требуются качественные услуги фотографа, то стоит обратиться в студию «Videoglobal». Перейдя по ссылке: «выездная фотосъемка выездной фотостудии», вы сможете посетить сайт студии и узнать цены и услуги, а также акции, действующие на данный момент. Студия «Videoglobal» позволит Вам запечатлеть яркие моменты праздника или торжественного мероприятия.

Л и т е р а т у р а

1. Леонова О.Н. Методика использования образовательных ресурсов на электронных носителях. Химия (ИД «Первое сентября»), 2005, № 8, с.13–21.

2. Учебное электронное издание: Химия. 8–11 класс. Виртуальная лаборатория.
(2 CD + методическое пособие.) Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.

3. Шмаков Ю.А. Тесты по органической химии. Саратов: Лицей, 2001, 80 с.

О.Г.БОДИНА,
учитель химии гимназии № 42
(г. Пенза)