СОЗДАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ ДЛЯ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день многие преподаватели химии и в том числе преподаватели неорганической химии, использующие виртуальные лабораторные, в основном используют их только для внеаудиторной работы студентов или организации проектной формы работы. Для определения факторов, ограничивающих применение виртуальных лабораторий на практических занятиях по неорганической химии, было произведено исследование. А также для того, чтобы создать методологию высокоэффективного использования лабораторий на практических занятиях по неорганической химии.

ABSTRACT

At present, teachers of Chemistry, including teachers of Inorganic Chemistry, who use virtual laboratories, mainly use them only for extracurricular work of students or the organization of a project form of work. Research has been conducted in order to determine the factors limiting the use of virtual laboratories in practical classes in Inorganic Chemistry, and also to create a methodology for the highly efficient use of laboratories in practical classes in Inorganic Chemistry.

Ключевые слова: виртуальная лаборатория, виртуальный химический эксперимент, неорганическая химия, практическое занятие, педагогический эксперимент

Keywords: virtual laboratory; virtual chemical experiment; Inorganic Chemistry; practical lesson; pedagogical experiment.

Виртуальная лаборатория (ВЛ) – это инструментарий, позволяющий расширить возможности образовательного процесса. В настоящее время данная проблема довольно актуальна для учебных заведений, так как инновационные подходы в образовании повышают эффективность обучения, интерес со стороны обучающихся, а также несут в себе здоровье сберегающие аспекты. Но в то же время, теоретико-методологические основы их внедрения еще не до конца изучены. Особое внимание следует уделить началу изучения предмета, когда у учащихся отсутствует опыт проведения лабораторных занятий, что может привести к различным нежелательных исходам. Вместе с тем, виртуальные лабораторные имеют большое влияние на те страны и отдельные слои населения, где осуществление классических видов лабораторной работы является финансово неосуществимым.

На практических занятиях по неорганической химии виртуальная лаборатория может стать заменой или дополнением к классической лабораторной работе, которая входит в обязательную часть образовательной программы по химии. Однако, теоретико-методические основы для их внедрения еще не сформированы и только начали складываться в настоящее время. По-прежнему нет четкого определения понятия «виртуальная химическая лаборатория». Ряд авторов считают [1], что виртуальной лабораторией является программное обеспечение для моделирования лабораторных опытов, которое позволяет моделировать их. Здесь можно выделить компьютерную программу, программный комплекс и набор компьютерной информации. Другие исследователи [2] называют виртуальной такую лабораторию, которая имеет удаленный доступ к цифровым и дистанционным химическим лабораториям. С точки зрения иных авторов [3] виртуальная лаборатория – это обучающая система как часть информационной либо виртуальной образовательной среды, включающей учебную, учебно-методическую, учебно-практическую, учебно-контрольную и контрольно-тестирующую материалы.

Применение в учебном процессе виртуальных лабораторных работ позволяет расширить спектр проводимых экспериментов, а также повысить уровень знаний учащихся. Актуальность темы исследования обусловлена еще и тем, что многие учебные заведения имеют оборудованные компьютерные аудитории, возможность подключения к сети Интернет. Это обстоятельство в свою очередь делает виртуальные лабораторные еще более доступными для интеграции в процесс обучения студентов.

В целом, исследование направлено на повышение уровня компетенций и качества знаний студентов с помощью применения в обучении ВЛ, а задачи были поставлены три основные. Первая задача заключается в выявлении и анализе проблемы использования ВЛ на практических занятиях по неорганической химии. Вторая задача состоит в том, чтобы определить условия высокоэффективного использования ВЛ И, наконец, третьей задачей является разработка методологии и проверка ее эффективности.

Первый этап исследования состоял в анализе психолого-педагогической, методической литературы, изучении опыта применения ВЛ зарубежными исследователя в области педагогики. Наряду с этим проведение бесед с преподавателями и студентами; анкетирование для выявления проблем, ограничивающих применение ВЛ; проведение лабораторных опытов на практических занятиях с использованием ВЛ по методикам, разработанным зарубежными авторами. На этом же этапе проводилось выявление проблем использования ВЛ, формулирование понятийного аппарата исследования и его методологической основы. Результатами первого этапа исследования стали проведенный анализ литературы по теме исследования, изученный зарубежный опыт; проведены беседы с преподавателями и студентами на предмет выявления сложностей, ограничивающих использование ВЛ. В качестве платформы для прохождения ВЛ были отобраны The ChemCollective, ХимЛаб, VirtuLab, представляющие собой подборки виртуальных лабораторий, учебных мероприятий, пособий и проверочных тестов.

Платформа The ChemCollective [4] позволяет студентам разрабатывать и проводить собственные эксперименты. Разработчики стремяться вовлекать студентов в аутентичные действия по решению проблем по сравнению с теми, которые представлены в большинстве учебников. Их целью является создание занятий, позволяющих применять знания студентам в области химии способами, которые напоминают научную деятельность химиков-практиков. Их гипотеза в том, что лучшее концептуальное понимание достигается, если вычисления сопровождаются интерпретацией экспериментов. 

Второй этап исследования состоял в работе над созданием методологии высокоэффективного использования ВЛ на практических занятиях по неорганической химии; определении с направлением проверки педагогической эффективности разрабатываемой методологии. На этом этапе были сформированы контрольная и экспериментальная группы и также доказана их репрезентативность. На этом этапе исследования были проведены лабораторные работы с использованием ВЛ на следующие темы:

- Получение и свойства кислорода;

- Азотная кислота и ее соли;

- Соединения фосфора;

- Основные классы неорганических веществ и соединений;

- Свинец и его соединения;

- Соли и их свойства.

Представленные выше лабораторные работы для прохождения с использованием ВЛ были выбраны специально, с той целью, что в классическом лабораторном опыте они представляют наибольшую токсичность из-за реагентов или образующихся в последствии продуктов. А также из-за ограниченности лабораторного оснащения. Как правило, в лабораторных работах используются доступные реагенты, которые не отличаются большим разнообразием, а в условии виртуальной лаборатории таких проблем не наблюдается.

Кроме того, на втором этапе исследования разрабатывалась методология использования ВЛ. При этом было обнаружено, что методика высокоэффективного использования каждой отдельной ВЛ можно свести к алгоритму, в котором деятельность рассматривается по следующим этапам [5]:

- на этапе ориентировочной деятельности (ОД) производятся фронтальные беседы, происходит актуализация теоретических знаний. Также намечаются цели, выдвигается гипотеза и задачи, соответствующие ей.

- на этапе исполнительской деятельности (ИД) производится экспериментальная проверка гипотезы, выполнение задач.

- на этапе контрольно-оценочной деятельности (КД) идет обсуждение результатов эксперимента, все студенты по отдельности или в группах делают выводы, сравнивают полученные графики и отвечают на вопросы.

Третий этап исследования заключается в осуществлении формирующего и контролирующего этапов педагогического эксперимента, проведение обработки полученных результатов, завершение работы над созданием методологии.

В завершающем третьем этапе исследования были выделены три уровня сформированности учебно-познавательной деятельности студентов и определены их характеристики: низкий – репродуктивный несамостоятельный; средний – продуктивный частично-самостоятельный; высший – продуктивный самостоятельный. Для оценки эффективности разработанной методики использовались такие критерии как количественные и качественные [6]. Вместе с тем, на этом этапе проводились лабораторные работы в экспериментальных группах с применением ВЛ по разработанной методике и в контрольных группах традиционным способом. При проведении лабораторных работ определялся уровень познавательной самостоятельности [7], а уровень знаний и качество знаний (по-другому – осознанность) [8] определились в ходе тестирования после проведения лабораторных работ.

Таким образом, на основе теоретических и практических методов исследования были проведены все этапы исследования, а окончательные результаты и эффективность предлагаемой методики будут устанавливаться методами математической статистики. Но уже сейчас можно говорить о том, что характеристики сравниваемых выборок совпадают на уровне значимости 0,05, что доказывает достоверность результатов исследования.

Список литературы:

1. Белохвостов А.А., Аршанский Е.Я. Электронные средства обучения химии; разработка и методика использования. - Минск: Аверсэв, 2012. - 206 с.
2. Трухин А.В. Виды виртуальных компьютерных лабораторий. Открытое и дистанционное образование, 2003. - № 3 - 12-20 с.
3.  Ли В.Г., Дроздов Ю.А. Виртуальные лаборатории как перспективные информационные технологии в учебном процессе. - Известия Южного федерального университета. Технические науки, 2003.  - № 1 -  221 с.
4. The ChemCollective – Virtual Labs for Introductory Chemistry Courses https://science.sciencemag.org/content/328/5978/584.
5. Кузнецова Л.М. Стандарты нового поколения: учебно-познавательная деятельность. Актуальные проблемы химического и экологического образования: материалы 58-й Всероссийской научно-практической конференции химиков с международным участием. 18-21 мая 2011 года, Санкт-Петербург. –  CПб.: Изд-во Политехн. университета, 2011. - 68 с.
6. Дорофеев М.В., Зимина А.И., Стунеева Ю.Б. Организация количественного химического эксперимента с использованием цифровой лаборатории. Актуальные проблемы химического и естественнонаучного образования: Материалы 57 Всероссийской научно-практической конференции химиков с международным участием, СПб, 7-10 апреля 2010 г. – Издательский дом «МИРС», 2010. - 115 с.
7. Микешина Л.А. Философия науки: Современная эпистемология. Научное знание в динамике культуры. Методология научного исследования: учебное пособие. - М. - Прогресс-Традиция  Флинта, 2005. - 289 с.
8. Лернер И.Я. Качества знаний учащихся. Какими они должны быть? – М.: Знание, 1978. - 47 с.