«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

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»

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

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

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.

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)