ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРИЙ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены сведения об использовании элементов виртуальных лабораторий при преподавании химии в средней школе. При этом на основе сравнения усвоения учебного материала при использовании виртуальной лаборатории и реальных практических занятий сделаны заключения о повышении усвоения учеников при использовании виртуальной лаборатории.

ABSTRACT

The article provides information on the use of elements of virtual laboratories in teaching chemistry in secondary school. At the same time, on the basis of comparing the assimilation of educational material when using a virtual laboratory and real practical exercises, conclusions were made about increasing the assimilation of students when using a virtual laboratory.

Ключевые слова: традиционное обучение, виртуальная лаборатория, опыт, практическая работа

Keywords: traditional teaching, virtual laboratory, experience, practical work

Большое значение имеют естественные науки, такие как химия, физика, биология или эксперименты, проводимые в лаборатории или на открытом воздухе. В этом отношении химическая наука предоставляет особые экспериментальные возможности задействовать чувства экспериментатора для определения физических и химических свойств вещества. В химическом образовании есть благоприятная ситуация, когда студенты могут индивидуально выполнять большинство химических экспериментов, предусмотренных учебной программой [1]. В этом случае работа студентов в лаборатории положительно влияет на процесс преподавания и обучения [2], в котором лабораторная среда играет очень важную роль. Учителя естественных наук подтверждают, что активная работа студентов в лаборатории дает ощутимые преимущества в обучении [3]. Кроме того, преподаватели утверждают, что преподавание химии, которая является предметом естествознания, наиболее эффективно, когда студенты работают в лаборатории, имея прямой контакт с преобразуемой материей [4]. Идея работы в лаборатории основана на тезисе о том, что студенты должны выполнять в лаборатории особенно те эксперименты, которые являются носителями базовой информации в определенной научной дисциплине. Это особенно ценно с той точки зрения, что оборудование и методы работы учащихся при проведении опытов в химической лаборатории являются элементами индивидуальной работы, с помощью которой каждый студент самостоятельно может отработать базовые навыки, например, с помощью методик лабораторной работы [5]. Кроме того, лабораторные упражнения, которые являются формой реализации практических методов обучения и связанной с ними интеллектуальной деятельности студентов, таких как рассуждение, критическое мышление и научное прогнозирование, вызывают повышение теоретических и лабораторных навыков решения проблем [6]. Приобретенные навыки мотивируют студентов к независимому, критическому мышлению и планированию экспериментов и исследований так, как это делают ученые.

В настоящее время преподавание естественных наук основано на обучении студентов, основными элементами которого являются анализ процессов, ведущих к получению конкретных научных знаний, и умение применять эти знания. Такой способ обучения способствует развитию у учащихся навыков решения проблем [7]. Научное исследование, как и логическое мышление, требует участия студентов [8], понимания научных знаний и процессов, которые зависят от когнитивной структуры, связанной с научным, интеллектуальным и социальным контекстом [9-11].

Сегодня мы являемся свидетелями стремительного развития информационных и коммуникационных технологий (ИКТ). Это развитие имеет большое влияние на преподавание, образование и процесс преподавания и обучения [12]. Основной проблемой является правильная интеграция и внедрение этой технологии в образовательный процесс таким образом, чтобы помочь студентам в развитии их знаний и навыков [13]. Отсюда следует, что инструменты ИКТ могут быть полезны студентам при изучении и дальнейшем понимании научных концепций [14]. Одним из способов использования ИКТ в образовании могут стать виртуальные лаборатории. Работа с виртуальными лабораториями напрямую побуждает учащихся действовать, приводя к усвоению информации, без участия третьих лиц, в отличие от обучения в классе, где учитель передает информацию учащимся. Преимущество виртуальных лабораторий в том, что учащийся может работать с ними дома, чтобы повторить знания, полученные в классе в школе или при подготовке к новой теме. Виртуальные лаборатории также могут служить основным источником информации для учащихся.

Исходя из вышесказанного нами разработаны виртуальные лаборатории по темам лабораторных работ для 9-10 классов в соответствии с учебной программой по химии для средний школ Республики Узбекистан.

Создание виртуальных лабораторных работ проводили в программной среде Crocodile Chemistry 6.05. Нами разработаны такие лабораторные занятия как определение сульфат иона в растворе, качественные реакции на карбонат ион, взаимодействие солей с металлами и др.

Приведем в качестве примера разработки лабораторную работу по теме «Определение сульфат иона в растворе».

В начале создаются три колбы с рабочими растворами, в которых находятся серная кислота, сульфат натрия и сульфат меди (II):

Так как работа разработана для учащихся с узбекским языком образования все сопутствующие названия приводятся на узбекском языке.

Далее к каждому раствору добавляется реагент – хлорид бария. При этом ученики наблюдают образование осадков одинакового цвета:

Работа также сопровождается видеороликами с реальными лабораторными работами:

В конце лабораторной работы определяли среду полученного раствора универсальным индикатором и показывали ученикам разницу в цвете раствора:

После разработки лабораторных работ в школе №1 г. Ургенча Хорезмской области Республики Узбекистан два класса были выбраны в качестве экспериментальных и в одном классе (9 «А») ученикам за день до лабораторных работ давали ролик по выполнению предстоящей лабораторной работы, а второй класс (9 «Б») изучали будущий урок лаборатории по учебнику. В результате проведенного эксперимента установлено, что ученики 9 «А» класса выполняли лабораторную работу на много качественнее, чем ученики контрольного (9 «Б») класса. Если в 9 «А» техника проведения лабораторной работы была нарушено всего у 3 учеников из 15, то в контрольном классе число нарушений составило 8 человек.

Таким образом, внедрение виртуальных лабораторий в учебный процесс приводит к повышению культуры проведения эксперимента у учеников и способствует усвоению материала по сравнению с традиционными методами организации лабораторных работ в классах.

Благодарность: Работа поддержана грантом Министерства инновационного развития Республики Узбекистан, номер гранта А-ОТ-2021-133

Список литературы:

1. Lagowski J.J. Chemical education: past, present, and future. J Chem Educ 75(4):1998-425–436 p.
2. Leite L., Afons A.S. Prospective physical sciences teachers’ use of laboratory activities: an analysis of its evolution due to a science teaching methods course. Rev Elect Enseñ Ciencias 1:2002-153–179 p.
3. Hofstein A., Lunetta V.N. The role of the laboratory in science teaching neglected aspects of research. Rev Educ Res 52: 1982-201–217 p.
4. Tezcan H., Bilgin E. Affects of laboratory method and other factors on the student success in the teaching of the solvation subject at the high schools. J Gazi Educ Fac 24: 2004-175–191 p.
5. Tatli Z.H. Computer based education: online learning and teaching facilities. Energy Educ Sci Technol Part B 1: 2009- 171–181 p.
6. Odubunni T., Balagun A. The effect of laboratory and lecture teaching methods on cognitive achivement in integrated science. J Res Sci Teach 28: 1991-213–224 p.
7. Yang K.Y., Heh J.S. The impact of internet virtual physics laboratory instruction on the achievement in physics, science process skills and computer attitudes of 10th grade students. J Sci Educ Technol 16: 2007-451–461 p.
8. Roschelle J.M., Pea R.D., Hoadley C.M., Gordin D.N., Means B.M. Changing how and what children learn in school with computer-based technologies. Future Child Child Comput Technol 10(2): 2000 - 76–101
9. Cobb P., Bowers J. Cognitive and situated learning perspectives in theory and practice. Educ Res 28(2): 1999 - 4–15 р.
10. Calik M., Coll R.K. Investigating socioscientific issues via scientific habits of mind: development and validation of the scientific habits of mind survey (SHOMS). Int J Sci Educ 34(12): 2012 - 1909–1930
11. Calik M., Turan B., Coll R.K. A cross-age study of elementary student teachers’ scientific habits of mind concerning socioscientific issues. Int J Sci Math Educ. 2013:doi:10.1007/s10763-013-9458-0
12. Xie Y., Reider D. Integration of innovative technologies for enhancing students’ motivation for science learning and career. J Sci Educ Technol. 2013: doi:10.1007/s10956-013-9469-1
13. Zhang L. A meta-analysis method to advance design of technology-based learning tool: combining qualitative and quantitative research to understand learning in relation to different technology features. J Sci Educ Technol. 2013: doi:10.1007/s10956-013-9460-x
14. Krajcik J.S. The value and challenges of using learning technologies to support students in learning science. Res Sci Educ 32: 2002-411–414 p.