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.
Пропедевтический курс 7 класс |
8 класс |
9 класс |
10 класс |
11 класс |
|
Процент использования ЭИ |
59% |
76% |
78% |
75% |
68% |
ЭИ использовался на всех этапах урока и в качества средства повышения мотивации изучения предмета.
- 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.
- Показ интерактивного решения задач при фронтальной работе с классом и выполнение интерактивных заданий при индивидуальной работе.
- 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.
- ЭИ использовался на виртуальных практических занятиях (в случаях невозможности проведения реальной лабораторной работы).(в компьютерном классе)
- 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
- Леонова О.Н. Методика использования образовательных ресурсов на электронных носителях. 1 сентября. Химия, 2005, №8, с.13-21.
- Учебное электронное издание: Химия 8-11 класс. Виртуальная лаборатория .(2 CD)+ Методическое пособие. - Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.//Методические пособие/Введение.
- 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».
- Шмаков Ю.А. Тесты по органической химии.- Саратов: «Лицей»,2001.-80 с.