Преподавание химии

Химия (8–11-е классы). Виртуальная лаборатория как 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 привело к появлению новых методов и организационных форм обучения.

Для внедрения информационных технологий в процесс образования ГД и СФ России приняла национальную доктрину образования до 2025 года и Концепцию модернизации российского образования на период до 2010 года, Правительством России утверждены федеральные программы "Дети России на 2003-2004 годы", "Молодежь России (2001-2005 годы)", "Развитие образования на 2000 - 2005 годы" (сайт ФПРО –www.fped.ru) и др.

В рамках федеральной целевой программы «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы) 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. С победителями конкурса заключены государственные контракты на поставку двух мастер-дисков для дошкольного образования, трёх мастер-дисков для начального общего образования, тринадцати мастер-дисков для основного общего образования, шести мастер-дисков для среднего (полного) общего образования, шести мастер-дисков для начального профобразования, восьми мастер-дисков для среднего профобразования, четырёх мастер-дисков для высшего профобразования и двух мастер-дисков для послевузовского профобразования.

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[1] он имеет ряд отличительных особенностей, которые в целом направлены на повышение мотивации обучения химии.

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 ЭИ для самостоятельной работы учащихся (дома, в библиотеке, медиацентре). (табл. №1).[3]

Табл.№1.

Процент использования материалов электронного издания.*

	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%

* количество уроков с использованием ЭИ к общему количеству уроков.

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 электронным изданием можно получить у "Химика" или, нажав на знак вопроса в нижнем левом углу экрана.

В состав ЭИ «Химия. 8-11 класс. Виртуальная лаборатория» включены следующие разделы:

1. Лаборатория.

В данный раздел включены 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.(рис2)

Для визуализации химического оборудования и химических процессов использованы средства 3D графики и анимации, а также цифровое видео. Кроме этого, в случае необходимости, предусмотрена возможность проведения необходимых измерений виртуальными измерительными приборами и изменение параметров проводимых опытов. В ходе каждой лабораторной работы учащийся производит наблюдения (в виде «виртуальных фотографий»), обрабатывает и обобщает полученные результаты проведенных опытов в «Лабораторном журнале». Предусмотрена возможность демонстрации в специальном «окне» увеличенных изображений происходящих химических процессов.

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 по выполнению опыта. Предусмотрено выполнение опытов с различными параметрами.

При заполнении «Лабораторного журнала» используется специальная программа «Редактор химических формул». Результаты выполнения лабораторной работы учащихся хранятся в индивидуальном файле, который доступен учителю для просмотра и оценки.(рис3)

1.1.Конструктор молекул.

В данном разделе представлена часть «Виртуальной лаборатории», основанная на «Конструкторе молекул», а также лабораторные работы, предназначенные для выполнения с помощью «Конструктора молекул». (рис.4)

«Конструктор молекул» позволяет учащимся самостоятельно моделировать молекулы органических и неорганических веществ из предоставленного набора атомов химических элементов. Это дает возможность учащимся глубже понять пространственное строение молекул и на основе этого прогнозировать свойства веществ.

На основе «Конструктора молекул» выполняется ряд лабораторных работ, в том числе лабораторная работа 4, основанная на возможностях «Конструктора молекул» визуализировать трехмерные модели молекул с атомными орбиталями.

2.Тесты.

В данном разделе ЭИ представлены средства для тестирования полученных учащимися знаний. Тестирование производится для проверки знаний, полученных учащимся в результате выполнения лабораторных работ. Для тестирования учащихся предоставляется набор контрольных заданий. Предусмотрена возможность использования семи различных мультимедиа форм 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.5)

По результатам выполнения контрольных заданий осуществляется подсчет полученных баллов и составляется перечень допущенных ошибок. Результаты тестирования по каждому учащемуся записываются в индивидуальные файлы, которые доступны для просмотра учащимся и учителю.

3.Задачи.

Раздел «Задачи» предназначен для выработки у учащегося навыков в решении расчетных задач по химии. Содержит 49 типовых задач.Они по каждому разделу расположены в порядке возрастания сложности, что позволяет учащемуся с недостаточной исходной подготовкой постепенно освоить решение усложненных задач. Раздел «Задачи» охватывает все основные виды расчетных задач из школьного курса химии. Впервые в ЭИ реализована методика обучения решению расчетных химических задач. Этот раздел представляет особую ценность при самостоятельной подготовке учащихся к занятиям и экзаменам (в том числе и ЕГЭ). (рис.6, рис.7)

4.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 данный раздел включены:

• Коллекция - тематические материалы, содержащие различные мультимедиа компоненты (фото, видео, анимации, графику, формулы, учебные тексты).(рис.8,рис.9)
• Информация об ученых-химиках( 55 биографий).(рис.10)
• Хрестоматия.
• Таблицы и другие справочные материалы по химии(12 химических таблиц) (рис.11)
• Ссылки на ресурсы Интернет.

5. Интерфейс преподавателя и поддержка работы в сети.

При работе с ЭИ в локальной сети «Интерфейс преподавателя» позволяет учителю осуществлять контроль над работой группы учеников (результаты выполнения лабораторных работ и тестов) (рис.12, рис.13), выставлять оценки в лабораторном журнале ученика, управлять доступом учеников к некоторым учебным заданиям (опыты и тесты). [2]

В 2005-2006 учебном году ЭИ «Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория» использовалась в урочной и внеурочной работе по химии в гимназии №42 г.Пензы. Кабинет химии оборудован комплектом специальных технических и информационных средств (компьютер, мультимедийный проектор, телевизор, видеомагнитофон), а также набор 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 «Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория» можно использовать на 74% уроков химии и на 59% занятий пропедевтического курса в 7 классах.(табл.№2)

Табл.№2.

Процент использования ЭИ «Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория» в гимназии №42 г.Пензы.

ЭИ использовался на всех этапах урока и в качества средства повышения мотивации изучения предмета.

1. ЭИ использовался на занятиях в качестве дополнительного иллюстративного материала. При этом использовались графические изображения, анимации, видео и звуковые фрагменты из коллекции учебных материалов, и интерактивные лабораторные работы для демонстрации явных и скрытых процессов.
2. Показ интерактивного решения задач при фронтальной работе с классом и выполнение интерактивных заданий при индивидуальной работе.
3. ЭИ использовался 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.
4. ЭИ использовался на виртуальных практических занятиях (в случаях невозможности проведения реальной лабораторной работы).(в компьютерном классе)
5. Конструктор молекул, предоставляет возможность учащимся провести исследовательские работы по моделированию молекул неорганических и органических веществ, ионов и т.д.

Учащиеся с большим удовольствием работают с программой. Особый интерес проявляют учащиеся 7 классов. Для них, в возрасте 12-13 лет, наибольший интерес представляют компьютеры и игровые программы. Общий интерфейс и дизайн электронного издания отвечает этой потребности детей. Использование ЭИ заставляет учеников ставить перед собой и учителем вопросы, на которые, не без помощи помощника «Химик», они находят ответы.

Использование «Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория» в процессе преподавания химии, помогает учителю в процессе визуализации учебного материала, особенно при формировании основных понятий, необходимых для понимания микромира (строение атома, молекул), таких важнейших химических понятий как "химическая связь", "электроотрицательность", реакций с ядовитыми веществами (галогены), длительных по времени химических опытов (гидролиз нуклеиновых кислот) и т.д. К тому 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 этого повышение уровня качества знаний у учащихся.

В подтверждении этого проводился сравнительный анализ процента качества знаний тем, изучаемых с использованием информационных технологий и без. 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 проводился в виде тестовых работ.[4] Результаты работ показывают эффективность использования диска «Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория».(табл. №3)

Табл.№3.

Анализ результатов практических и контрольных работ.

	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 использовалась	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 можно найти на диске. Каждый учитель может применять отдельные элементы ЭИ по своему усмотрению и с учетом целей и задач урока.

Основная цель применения ЭИ «Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория», как и использования информационных технологий, это – 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.

Литература

1. Леонова О.Н. Методика использования образовательных ресурсов на электронных носителях. 1 сентября. Химия, 2005, №8, с.13-21.
2. Учебное электронное издание: Химия 8-11 класс. Виртуальная лаборатория .(2 CD)+ Методическое пособие. - Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.//Методические пособие/Введение.
3. Учебное электронное издание: Химия 8-11 класс. Виртуальная лаборатория .(2 CD)+ Методическое пособие. - Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.//Методические пособие/ Примерное тематическое планирование базового школьного курса химии с использованием электронного издания «Химия, 8-11 класс. Виртуальная лаборатория».
4. Шмаков Ю.А. Тесты по органической химии.- Саратов: «Лицей»,2001.-80 с.