Методические особенности использования виртуального химического эксперимента в 8 классе

Он характеризуется тремя основными функциями:
• познавательный - изучить основы химии, сформулировать и решить практические задачи, определить значение химии в современной жизни;
• образовательные - для формирования материалистического взгляда на мир, убежденности, идеологической потребности в работе, ориентации школьников на рабочие профессии;
• развитие - для приобретения и совершенствования научных навыков и общей практики.
Химический эксперимент можно разделить на несколько этапов:
• Первое - это обоснование настройки опыта;
• Второе - планирование и проведение опыта;
• Третье - оценка результатов.
Школьник должен провести эксперимент на основе полученных ранее знаний. Теоретическая часть опыта способствует его восприятию, которое, следовательно, становится более значимым, целенаправленным и активным.
Эксперимент обычно включает в себя гипотезу. Привлечение школьников к такой работе способствует развитию их мышления, заставляя их применять теоретические знания к гипотезам, в результате чего дети приобретают новые знания [30]. Химический эксперимент открывает большие возможности для решения проблемных ситуаций и проверки правильности гипотез. Знание химического эксперимента как метода научного исследования, овладение навыками химических экспериментов с целью получения новых знаний и их практического применения играет важную роль в формировании материалистического мировоззрения школьников. Один и тот же эксперимент на разных уровнях обучения школьников используется по-разному [24]. Отсюда следует, что необходимо повторить химические эксперименты, уделяя особое внимание тем частям, которые являются предметом исследований в данной образовательной ситуации. В некоторых экспериментах это явление доступно для непосредственного восприятия. В других изученные объекты и явления непосредственно не воспринимаются органами чувств и могут быть обнаружены только с помощью специальных инструментов или инструментов.
Чтобы понять суть изучаемого предмета или явления, химический эксперимент часто дополняется другими наглядными пособиями - таблицами, моделями, экранами [7].
Таким образом, химический эксперимент пронизывает все темы школьного курса химии, способствуя раскрытию его содержания и является своеобразным методом обучения. Для успешного проявления познавательной, образовательной и развивающей функций химического эксперимента важную роль играет его техническое оснащение, рациональная организация экспериментов и их включение в образовательный процесс. Очевидно, что эффективность эксперимента зависит от: постановки конкретной цели и задачи, которая должна решаться с помощью опыта; построение рационального плана наблюдения; умение анализировать и обобщать данные; наличие и рациональный выбор инструментов и средств, с помощью которых учитель стимулирует наблюдение за учениками и управляет им [1]. Поэтому организация целенаправленного наблюдения, умение фиксировать результаты наблюдений и хранить обработанную информацию в памяти является одной из важнейших задач химического эксперимента.
Понимание, понимание учебного материала включает в себя не только регистрацию и накопление данных наблюдений и экспериментов, но и их правильную интерпретацию, установление причинно-следственных связей, закономерностей, сущности исследуемых объектов и явлений. Успех работы во многом зависит от того, насколько правильно определены вид деятельности учителя и ученика, место химического эксперимента, наиболее подходящие формы и методы его проведения в классе.
В работе мы больше будем опираться на виртуальный эксперимент.
Многие исследования обращают внимание на важность виртуальных экспериментов для химического образования и подчеркивают преимущества их использования. Например, Dalgarno B. указывает, что виртуальные эксперименты могут использоваться для ознакомления школьников с экспериментальными методами, химическим стеклом и оборудованием перед началом работы непосредственно в лаборатории. Это позволяет школьникам лучше подготовиться к этим или подобным экспериментам в реальной химической лаборатории. Следует отметить, что виртуальные химические эксперименты безопасны даже для неподготовленных пользователей. Школьники также могут проводить эксперименты, которые могут быть опасными или дорогостоящими в реальной лаборатории. В (Dalgarno B., 2003) было отмечено, что проведение виртуальных экспериментов может помочь школьникам овладеть навыками записи наблюдений, разработки отчетов и интерпретации данных в лабораторном журнале. Carnevale D. отмечает, что компьютерные модели химической лаборатории побуждают учащихся экспериментировать и получать удовлетворение от собственных открытий.
Различные подходы могут быть использованы для создания виртуальных лабораторий. Прежде всего, виртуальные лаборатории делятся по методам предоставления образовательного контента. Программное обеспечение может быть предоставлено на компакт-диске (CD-ROM) или опубликовано на веб-сайте. Используя метод визуализации, есть лаборатории, которые используют двухмерную и трехмерную графику и анимацию. Кроме того, [8] виртуальные лаборатории делятся на две категории, в зависимости от того, как знания представлены по этой теме. Указано, что виртуальные лаборатории, в которых знания об области исследований основаны на отдельных фактах, ограничены набором заранее запрограммированных экспериментов. Этот подход используется при разработке большинства современных виртуальных лабораторий. Другой подход позволяет школьникам проводить любые эксперименты, не ограничиваясь предварительно подготовленным набором результатов. Это делается с использованием математических моделей для определения результата любого эксперимента и соответствующего визуального представления. К сожалению, такие модели все еще возможны с ограниченным набором опыта.
Эти подходы к созданию виртуальных лабораторий используются в той или иной степени в известных зарубежных проектах. Например, образовательная среда Виртуальной лаборатории химии, разработанная в Университете Карнеги-Меллона (США), доступна через Интернет, но также может распространяться на компакт-дисках. Он визуализируется в виде двумерных графических сцен, а ход химических экспериментов основан на математической модели [10].
Виртуальная химическая лаборатория Университета Бригама Янга (США) поставляется на компакт-диске, использует трехмерную графику, а ход экспериментов основан на серии заранее запрограммированных фактов [2]. Лаборатория интернет-химии в Оксфордском университете (Великобритания) использует большое количество видеоклипов для демонстрации экспериментов [9].
Следует отметить, что возможности моделирования образовательных мультимедийных продуктов в значительной степени зависят от того, как предоставляется образовательный контент. Очевидно, что для доставки через Интернет с его узкими информационными каналами лучше подходит двухмерная графика. В то же время электронные публикации, поставляемые на CD-ROM, не должны экономить трафик и ресурсы, поэтому вы можете использовать трехмерную графику и анимацию. Важно понимать, что именно объемные ресурсы - трехмерная анимация и видео - обеспечивают высочайшее качество и реалистичную визуальную информацию. Однако объем трехмерной анимации может быть настолько большим, что даже емкости компакт-диска будет недостаточно для их хранения. Альтернативой трехмерной анимации и видеофайлам, использующим готовую последовательность изображений, является более компактное представление трехмерных объектов. Анимации, синтезированные с помощью этих моделей в режиме реального времени, также предлагают отличные возможности для создания трехмерной среды обучения, которая имитирует настоящую лабораторию. Благодаря разумному сочетанию подготовленной анимации и анимации трехмерных моделей, которые были синтезированы в реальном времени, вы можете реалистично представить, как визуальную среду, так и действия ученика во время экспериментов с точки зрения сохранения ресурсов. Этот подход был выбран при разработке виртуальной химической лаборатории, описанной в этой работе. Химическое оборудование, экспериментальные установки и визуализация сложных химических процессов представлены подготовленными анимациями. В то же время трехмерные модели, синтезированные в режиме реального времени, используются для моделирования химикатов стекла, жидких и твердых реагентов, действий, учащихся в реальной лаборатории (школьники могут переносить из одной колбы в другую, помещать реагенты в пробирках) и брать бутылки с растворами с полки).

§ 2. Методические аспекты применения виртуальной химической лаборатории при изучении химии в 8 классах


Электронное издание Виртуальной химической лаборатории для 8 классов, разработанное в Лаборатории мультимедийных систем, содержит более 150 химических экспериментов из курса химии в средней школе. Содержание этого преподавательского состава полностью охватывает весь курс школьной химии. Особое внимание уделяется соблюдению правил техники безопасности. Химические эксперименты проводятся в лаборатории, которая оснащена на экране монитора всем необходимым оборудованием и химической посудой (пробирки, стаканы, колбы, раствор, стойки и т. д.) И химическими реагентами. Во избежание переполнения визуального пространства на экране компьютера учащиеся могут получить доступ только к лабораторному оборудованию и реагентам, необходимым для конкретного эксперимента. В некоторых экспериментах это контейнеры с растворами, а в других сложных химических заводах (рис. 1).