Виртуальная лаборатория

Доклад «Использование электронных образовательных ресурсов в процессе обучения химии».

Учить и учиться с интересом и максимальной эффективностью в современной школе уже сегодня можно с помощью электронных образовательных ресурсов нового поколения.

Электронные образовательные ресурсы (ЭОР)  – совокупность средств программного, информационного, технического и организационного обеспечения, электронных изданий.

Для ученика — это существенное расширение возможностей самостоятельной работы — заглянуть в любой музей мира, провести лабораторный эксперимент и тут же проверить свои знания.

Для учителя — это увеличение времени общения с учениками, что особенно важно — в режиме дискуссии, а не монолога.

Активное внедрение и использование ЭОР нового поколения в образовательной деятельности школы в значительной мере повышает качество образовательного процесса; заинтересованность учащихся, а значит – повышение их успеваемости; поднимет уровень профессионализма учителя.

Какие требования предъявляются к выпускникам современной школы?! Сегодня учащимся недостаточно успешно освоить базовый курс школьной программы, им необходимо научиться  быть самостоятельными, работать с информацией и приобретать знания. Только в этом случае они могут рассчитывать на успех в информационном обществе XXI века. Владение информационными технологиями, умение заботиться о своем здоровье, вступать в коммуникацию, решать проблемы – это новые составляющие современного востребованного обществом качества образования.

Таким образом, основой современных образовательных стандартов становится формирование базовых компетентностей современного человека, а именно:

Информационной: -  умение искать, анализировать, преобразовывать, применять информацию для решения проблем;

Коммуникативной: - умение эффективно сотрудничать с другими людьми;

Самоорганизации: - умение ставить цели, планировать, ответственно относиться к здоровью, полноценно использовать личностные ресурсы;

Самообразования: - готовность конструировать и осуществлять собственную образовательную траекторию на протяжении всей жизни, обеспечивая успешность и конкурентоспособность.

Использование    новых технологий в работе учителя позволит достичь целей образования современной молодёжи, но при условии, что цели образования станут для обучающегося  личностно значимыми.

Урок был и остаётся основной формой взаимовоздействия учителя и ученика. К современному уроку предъявляются самые высокие требования.

Современный урок – это такой урок, когда учащийся может сказать, что сам под руководством преподавателя добывает и усваивает новые знания, исследует факты и делает выводы, когда он может проявить собственное «я». Это процесс сотрудничества, сотворчества учителя и ученика.

Уроки с применением ЭОР имеют коренное отличие от классической системы обучения. Это отличие состоит в изменении роли учителя: он уже не основной источник знаний, его функция сводится к консультативно – координирующей. Это происходит благодаря применению современных электронных учебников, виртуальных химических лабораторий, Интернета, новых  средств обучения. Задача учителя – подобрать эти средства в соответствии с содержанием учебного материала, возрастными и психологическими особенностями школьников, а также с умением учащихся использовать компьютер.

 Химия наука экспериментальная. Умение проводить, наблюдать и объяснять химический эксперимент является одним из самых важных компонентов химической грамотности. Работа в химической лаборатории с веществами и оборудованием, несомненно, имеет первостепенное значение для развития навыков постановки эксперимента. Но информационные технологии при обучении химии незаменимы в том случае, если идет изучение токсичных или взрывоопасных веществ, или же не имеем реактивов для проведения того или иного опыта. Это случаи с получением газов, химические процессы, проходящие при нагревании ртути и серы, свинца и азота. В особенности в органической химии много опасных ядовитых веществ, которые мы не можем использовать на уроках.

Виртуальная лаборатория позволяет моделировать механизмы химических реакций, образования различных видов химической связи, использовать лабораторное оборудование, которое не всегда есть в школе. Также она помогает подготовиться к практической работе заранее или выполнить её индивидуально в случае пропуска урока.

В гимназии имеется электронное издание для 8-11 классов, разработанное в лаборатории систем мультимедиа МарГТУ. Это издание предназначено для использования в учебном процессе полного среднего общего образования во время занятий в компьютерных классах, для аудиторных занятий, а также для самостоятельной работы учащихся дома.

Электронное издание включает: виртуальную лабораторию, конструктор молекул, тренажер для решения химических задач, тесты, таблицы, хрестоматию, видеофрагменты, коллекцию (свыше 600 иллюстраций).

В ходе выполнения каждой лабораторной работы учащийся производит наблюдения и может сохранить их в виде «виртуальных фотографий».

Имеется «Лабораторный журнал», в который ученик заносит свои наблюдения, составляет уравнения, делает необходимые записи и выводы по результатам работы, а учитель может проверить записи после занятий. «Конструктор молекул» предназначен для построения трехмерных моделей органических и неорганических молекул. Особый интерес вызывают у ребят творческие задания, носящие исследовательский характер, таких, как самостоятельную разработку моделей молекул соединений, обладающих заданными свойствами, или, наоборот, прогнозирование свойств соединения, модель молекулы которого создана самим учеником.

В виртуальной лаборатории предусмотрена необходимость управлять работой ученика. Для этого создан педагогический агент, анимированный персонаж «Химик», который способствует повышению степени доверия учащихся к учебному материалу. Он помогает ученику проводить эксперимент. В арсенале «Химика» широкий набор поз, жестов, движений головы и выражений лица. «Химик» похож на настоящего ученика и он умеет делать разные вещи хлопает в ладоши, или грозит пальчиком, или хвалит, или просит еще подумать.

В процессе объяснения нового материала, виртуальная лаборатория способствует проведению  тех экспериментов, которые невозможно провести «в живую». Эти реакции как правило, есть в школьном учебнике, даны их описания, приведены уравнения, например: взаимодействие ртути с серой, разложение нитратов, взаимодействие металлов с хлором и бромом. Во всех этих случаях виртуальный эксперимент - это единственная возможность познакомиться с этими реакциями воочию,  «материализовать» в сознании учеников то, что порой невозможно увидеть или даже описать, как макрообъект.  Поэтому я в своей практике стала  использовать виртуальный эксперимент при проведении уроков химии. Это позволило  виртуально изучать   свойства любых веществ, в том числе ядовитых или взрывоопасных, демонстрировать химические эксперименты, для проведения которых требуются реактивы, запрещённые для использования в школьных кабинетах химии и лабораториях.

Что же следует понимать под виртуальным химическим экспериментом, какие типы его существуют, где и как необходимо использовать виртуальный химический эксперимент?

Виртуальный химический эксперимент это вид учебного химического эксперимента, в котором средством демонстрации или моделирования химических процессов и явлений является компьютерная техника. Оригинальное определение виртуального эксперимента предложено И.С. Ивановой. Она полагает, что виртуальный эксперимент – это компьютерная симуляция лабораторных работ, которая предполагает, что объект исследования и экспериментальная установка находятся в мнимом виртуальном пространстве.

Выделяются два основных типа виртуального химического эксперимента – виртуальные демонстрации и виртуальные лаборатории.

Виртуальная демонстрация – компьютерная программа, воспроизводящая на компьютере динамические изображения, создающие визуальные эффекты, имитирующие признаки и условия протекания химических процессов. Такая программа не допускает вмешательства пользователя в алгоритм, реализующий ее работу.

Виртуальная лаборатория – компьютерная программа, позволяющая моделировать на компьютере химический процесс, изменять условия и параметры его проведения. Такая программа создает особые возможности для реализации интерактивного обучения. Виртуальные лаборатории позволяют моделировать химический эксперимент, который по каким либо причинам невозможно реализовать в школьной химической лаборатории (дороговизны реактивов, опасности, временных ограничений). Компьютерные модели позволяют получать в динамике наглядные запоминающиеся иллюстрации сложных или опасных химических опытов, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользать при проведении реального эксперимента. Компьютерное моделирование позволяет изменять временной масштаб, варьировать в широких пределах параметры и условия проведения опыта, а также моделировать ситуации, недоступные в реальном эксперименте.

Выполняя лабораторные опыты и практические работы с использованием виртуальных лабораторий, учащиеся самостоятельно исследуют химические явления и закономерности, на практике убеждаясь в их достоверности. Естественно, что эта практическая деятельность учеников не может осуществляться без руководящего слова учителя. Важным достоинством виртуального учебного эксперимента является то, что учащиеся могут возвращаться к нему много раз, что способствует более прочному и глубокому усвоению материала.

Программа контролирует каждое действие учащегося, проводя его через все этапы, необходимые для успешного выполнения опыта. При проведении ряда практических работ можно использовать видеофрагменты, позволяющие увидеть проводимый ими эксперимент в реальной лаборатории. При этом у учащихся возрастает познавательный интерес, развиваются навыки работы с соблюдением правил техники безопасности, умения наблюдать, выделять главное и делать выводы по наблюдениям.

Улучшается организация лабораторных и практических работ. Учащиеся имеют возможность индивидуально выполнять опыты, что не может не сказаться на развитии самостоятельности, на формировании общих лабораторных, организационных и других практических умений.

При выполнении виртуальных опытов происходит экономия учебного времени, которую целесообразно использовать для решения творческих экспериментальных задач, закрепления материала или правильного осмысления сути происходящих реакций.  

Так в своей практике я использую следующие лабораторные работы.

8 класс. Техника безопасности на уроках химии. Способы разделения смесей. Очистка веществ от не возгоняемых примесей (возгонка бензойной кислоты и йода). Взаимодействие оксидов с щелочами.

9 класс. Получение хлора и исследование его свойств. Свойства щелочных металлов Различные опыты с неметаллами. Получение и свойства углекислого газа. Получение аммиака. Получение озона.

10 класс. Качественные реакции на кратные связи. Бромирование алкана. Бромирование бензола. Причем данные работы могут быть подготовкой к реальной практической работе, демонстрацией приборов и установок которых нет в наличии в наших лабораториях и способами закрепления пройденного учебного материала.

Основные методики использования в учебном процессе ППС «Виртуальная химическая лаборатория»:

I .Изучение нового материала.

1.Фронтальная работа с классом.

(Учитель объясняет материал, используя мультимедиа проектор или мониторы ПК для демонстрации учебных материалов по теме: схем, анимаций, видеофрагментов и т.д.)

2. Самостоятельная работа учащихся. Ученик получает от учителя: план изучения нового материала, промежуточные контрольные вопросы, «шаблон изучения темы» для заполнения и самостоятельно работает и заполняет «шаблон изучения темы» (конспект темы и ответы на контрольные вопросы и т.д.)

II. Отработка учебных навыков по теме.

1.Фронтальный опрос. Учитель проводит опрос, используя мультимедиа проектор или мониторы ПК для демонстрации учебных материалов без звукового сопровождения. Ученик их озвучивает. (Материалы «Коллекции» содержат скрытый текст, который вызывается только по нажатию соответствующей кнопки.).

2.Самостоятельная работа учащихся с компьютерными тестами и задачами.

Методика обучения решению задач: ученик самостоятельно или в паре с другим учеником решает задачу на ПК;

затем повторяет решение, отключив подсказки; решает вторую аналогичную задачу в тетради и проверяет свое решение, вызвав «шпаргалку»; решает аналогичную

задачу, составленную учителем, на оценку, или составляет аналогичную задачу и решает ее на оценку.

Задачи повышенной сложности предназначены для домашнего решения.

3.Семинарские занятия.

Наиболее оптимальным является проведение в данном случае спаренных уроков. Например:

а) Ученики получают вопросы по теме, сформированные в виде 3-х блоков (по 4-5 вопросов в каждом) с разным уровнем сложности.

б) Ученики выбирают уровень сложности и 30 минут готовятся по этим вопросам, пользуясь обычным учебником и ППС как справочниками. На этом этапе возможно объединение учащихся в пары или группы для совместного поиска ответов на вопросы.

в) В оставшиеся 10-12 минут учитель выборочно дает каждому ученику 1-2 вопроса для ответа на выбранную оценку.

г) Ученик отвечает на контрольные вопросы уже без использования учебников.

4.Самостоятельная работа учащихся с ППС по устранению пробелов в знаниях (например, после пропуска уроков по болезни).В данном случае от учителя требуется составление плана работы ученика с ППС и обычным учебником.

5.Самостоятельная домашняя работа учащихся с ППС по подготовке к предстоящей контрольной работе.

6. Работа в парах сменного состава.

Особый вид деятельности, позволяющий устранить негативные последствия (слишком большая индивидуализация процесса обучения, невозможность обсудить полученную информацию, найти совместное решение проблемы и т.д.) использования ПК в учебном процессе.

III. Контроль знаний

Фронтальный опрос с использованием мониторов ПК или мультимедиа проектора (ППС используется как демонстратор схем, анимации или видеофрагментов для ответа учащихся).

Контроль с использованием компьютерных тестов, решебников (ПК выдает выполнения задания, ошибки).

Обычный контроль знаний

(самостоятельные и контрольные работы, диктанты и т.д.)

2. Методические рекомендации.

Фрагмент урока с использованием «Виртуальной химической лаборатории» при изучении темы «Щелочные металлы и их соединений».

Предмет: химия, 9 класс

Тема урока No1: «Общая характеристика элементов главной подгруппы I группы. Щелочные металлы».

Тип урока: урок изучения и первичного закрепления новых знаний.

Используемое ППС: Виртуальная химическая лаборатория

Разработчик: Лаборатория систем мультимедиа МарГТУ, 2005.

Цель: Изучить свойства щелочных металлов. Развивать умение учащихся работать с программой «Виртуальная химическая лаборатория».

Задачи: Познакомиться с положением щелочных металлов в ПСХЭ. Повторить строение атома и зависимость химических свойств соединений от свойств атомов

на примере щелочных металлов. Изучить физические и химические свойства щелочных металлов.

Прогнозировать токсичность действия ионов некоторых элементов, взаимозамещаемость ионов в организме.

Применять знания для раскрытия химизма действия важных лекарственных препаратов.

Ход урока:

1.Организационный момент.

Проверка домашнего задания.–2 мин

2.Изучение нового материала:-15 мин

Общая характеристика щелочных металлов - положение в периодической системе Д.И. Менделеева-особенности строения атомов щелочных металлов.

Физические свойства щелочных металлов

Химические свойства щелочных металлов и техника безопасности при работе с активными металлами.

Проблемный вопрос: Почему

эти металлы называются щелочными?

Применение.

Биологическая роль щелочных металлов.

3.Закрепление материала с помощью проведения виртуальной химической лабораторной работы по изучению химических свойств щелочных металлов -20 мин.

4.Обсуждение результатов виртуальных опытов –6 мин.

5. Домашнее задание § 11 (до соединений щелочных металлов), упр. No2 стр 49. ( по учебнику) О.С.Габриеляну -2 мин.

Примечание:

Данный урок желательно проводить в компьютерном классе, чтобы каждый из учащихся смог работать индивидуально, но можно организовать и групповую работу по 2-3 человека.

При проведении данного урока использовалась презентация, составленная учителем, на основе коллекции диска «Виртуальная лаборатория», и работа с виртуальной лабораторией, которая позволяет проводить виртуальный эксперимент: Коллекция/ Свойства неорганических веществ/ Щелочные и щелочноземельные металлы

Положение в таблице Д.И.Менделеева

Особенности в строении атомов щелочных металлов

Физические свойства щелочных металлов

Хранение щелочных металлов

Взаимодействие щелочных металлов с кислородом

Взаимодействие натрия с водой

Так как щелочные металлы являются очень активными металлами и при работе с ними необходимо соблюдать особые правила техники безопасности, лабораторный эксперимент с этими веществами трудноосуществим в условиях школьной лаборатории.

Всю работу следует проводить в вытяжном шкафу, что также осуществить, практически, невозможно, так как все учащиеся не смогут разместиться возле вытяжного шкафа. Использованная виртуальная лаборатория позволяет проводить эксперимент, который затруднителен в реальном времени.

Проведение лабораторного опыта в виртуальной лаборатории производится в следующем

порядке:

1.Проверка знаний по технике безопасности при работе, хранении щелочных металлов.

2.Получение инструкции в текстовой форме (порядок выполнения лабораторной работы).

3.Сборка, в случае необходимости, лабораторной установки из представленного «избыточного» состава оборудования (используется способ «перетаскивания»).

4.Проведение эксперимента.

5.Обработка результатов опыта и оформление «Лабораторного журнала».

Пример разработанной для учащихся инструкционной карты:

ИНСТРУКЦИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ No1

ТЕМА: «Щелочные металлы».

Техника безопасности: Работу проводят в вытяжном шкафу за защитным стеклом в перчатках.

1.На рабочем столе найти название Виртуальная лаборатория и войти в программу (или нажмите ПУСК выберите ВСЕ ПРОГРАММЫ далее ЛСММ далее ВИРТУАЛЬНАЯ ЛАБОРАТОРИЯ 9 класс).

2.Зарегистрируйтесь – введите ФИ класс.

3.Выберите раздел «Свойства неорганических веществ».

4.Выберите Лабораторную работу No1 «Щелочные и щелочноземельные металлы и их соединения».

5.В начале работы выполните тест по технике безопасности.

Если вы в тесте сделали ошибки, то тест начинаете выполнять заново, пока не сделаете его правильно. Запомните, какую технику безопасности надо выполнять при проведение эксперимента.

6.Проведите виртуально работу No1 согласно предлагаемой инструкции с соблюдением правил техники безопасности и следуйте рекомендациям вашего помощника «Химика». Оформите таблицу по образцу и сделайте выводы по работе.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. В Лабораторной работе No1 выберите

Опыт No1 «Горение щелочных металлов на воздухе».

Цель: Виртуально изучить качественные реакции на ионы щелочных металлов.

Задание: В 6 склянках находятся твердые вещества металлы (соли металлов). Определите, в какой склянке находиться каждое вещество. Сделайте вывод, о том каким образом можно определить металлы, и какие продукты образуется в результате горения металлов.

2. В Лабораторной работе No1 выберите

Опыт No2 «Взаимодействие щелочных металлов с водой».

Цель: Виртуально изучить взаимодействие щелочных металлов с водой.

Задание: Изучите взаимодействие щелочных металлов с водой. Сделайте вывод, о скорости взаимодействия их с водой, какие продукты в результате реакции получаются и как их можно определить.

7.Оформите результаты эксперимента, запишите выводы в лабораторном журнале.

Но все таки, как бы не была великолепна, любая виртуальная лаборатория, она не должна подменять собой реальный химический практикум.

В последние годы наблюдается негативная тенденция сокращения возможности учащимся на практике отработать теоретический материал. Бывает подмена реального эксперимента виртуальным, осуществление практической работы заменяется демонстрационным экспериментом и т. д. При такой организации учебной деятельности нарушается процесс правильного восприятия химического эксперимента и его результатов. При выполнении реального эксперимента, причем в несколько стадий – от демонстрации к лабораторной работе, а далее к практической работе, происходит перенесение зрительного ряда (наблюдение) в ряд образов, позволяющим перейти на уровень осмысления увиденного, после чего преобразовать полученную информацию в систему химических символов («перевод» на химический язык), а в дальнейшем зафиксировать информацию в виде знаковой системы на бумаге.

Процесс обучения правильной работе учащихся при выполнении химического эксперимента требует четкой продуманности методики его организации и проведения. Этот процесс не должен быть самопроизвольным. Необходимо поэтапное обучение учащихся выполнению химических опытов: от наблюдений к их описанию, от описаний к выводам, от простых опытов к сложным и т.д.

Отсутствие у учащихся четко отработанной системы работы при выполнении эксперимента; недостаточная сформированность умений работать с информацией и преобразовывать ее в новую форму; недостаточный уровень знаний об областях применения, о правилах хранения и использования веществ не позволяют нашим выпускникам даже с высоким уровнем подготовки успешно справиться с заданиями практико-ориентированного характера на итоговом тестировании по химии.

Практика показывает, что затруднения на итоговых тестированиях у выпускников вызвали задания, направленные на проверку знаний и умений, формируемых при выполнении реального химического эксперимента, а также в процессе жизнедеятельности учащегося. Неумение разобраться в качественных реакциях на некоторые ионы и простые вещества, спрогнозировать свойства веществ влечёт за собой неумение описывать химический эксперимент.

Заключение

Я считаю, что на сегодняшний момент одним из перспективных направлений в преподавании может стать комплексный подход к использованию ЭОР на уроках. Типология ЭОР позволяет с одной стороны, наглядно демонстрировать обучаемому процесс формирования ключевых понятий, с другой стороны, самому активно участвовать в этом процессе. Но с другой стороны необходимо выполнять программу по выполнению реального химического эксперимента на всех этапах обучения.

Использование ЭОР в учебном процессе — это попытка предложить один из путей оптимизировать учебный процесс, поднять интерес школьников к изучению предмета, реализовать идеи развивающего обучения, повысить темп урока, увеличить объём самостоятельной работы. ЭОР очень просты и удобны в использовании и  способствуют развитию логического мышления, культуры умственного труда, формированию навыков самостоятельной работы учащихся, а также оказывают существенное влияние на мотивационную сферу учебного процесса, его деятельностную структуру.

Обобщая свой опыт работы с использованием виртуального эксперимента, хотелось бы отметить, что  виртуальный эксперимент помогает:

- формировать умение работать с информацией, развивать  коммуникативные способности;

- максимально усваивать  учебный  материал;

- формировать исследовательские умения, умения  самостоятельно принимать оптимальные решения.

- увеличивает  объем учебного материала, при значительной экономии  времени;

- улучшает наглядность  подачи учебного материала за счет цвета, звука и движения;

- возможность демонстрации тех химических опытов, которые опасны для здоровья детей;

- ускоряет  темп урока за счет эмоциональной составляющей.

Однако, я столкнулась с рядом трудностей:

1. трудно найти свободное время в кабинете информатики;

2. отсутствие лаборанта в классе информатики;

3. не все компьютеры могут загрузить электронную программу, поэтому иногда приходилось работать по 2 человека за компьютером.

4. плохое качество некоторых видеофрагментов.

В заключении хочется пожелать коллегам: «Не бойтесь, экспериментируйте и у вас все получится, ведь  только учитель, свободно владеющий современными формами работы,  может побудить интерес у учащихся к своему предмету!»

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.

Электронные ресурсы:

1. Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. URL: http://fcior.edu.ru/

2. Учебный портал по использованию ЭОР в образовательной деятельности [Электронный ресурс]. URL: http://eor.it.ru/eor/

3. http://www.proshkolu.ru/club/chemistry/file2/229659

4. http://festival.1september.ru/articles/601741/

5. http://schoolchemistry.by.ru/programs/tablerus.htm