Виртуальный эксперимент и его использование в обучении химии

Учебный химический эксперимент занимает ведущее место в обучении химии. Химический эксперимент является специфическим методом обучения химии, поскольку отличает процесс обучения химии от обучения другим учебным предметам естественнонаучного цикла. Ряд методистов-химиков рассматривают эксперимент как специфический метод и средство обучения химии. Именно поэтому применение химического эксперимента в обучении является одной из наиболее разработанных проблем в методике обучения химии.

          Однако широкое использование информационно-коммуникационных технологий в химическом образовании обусловило появление нового вида учебного химического эксперимента – виртуального эксперимента. В связи с этим возникло множество вопросов: что следует понимать под виртуальным химическим экспериментом, какие типы его существуют, где и как необходимо использовать виртуальный химический эксперимент.

           Под виртуальным химическим экспериментом мы понимаем вид учебного химического эксперимента, в котором средством демонстрации или моделирования химических процессов и явлений является компьютерная техника.

           В современной методике обучения химии проблема типологии виртуального химического эксперимента и его использования на уроке является практически неизученной. Мы выделяем два основных типа виртуального химического эксперимента – виртуальные демонстрации и виртуальные лаборатории. Рассмотрим их сущность более подробно.

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. 

В своей работе при объяснении нового материала  я широко использую богатую коллекцию демонстрационных материалов к урокам, содержащуюся в представленном электронном издании.

В раздел «Информационно-справочные материалы» у меня  включены:

• Коллекция - тематические материалы, содержащие различные мультимедиа компоненты (фото, видео, анимации, графику, формулы, учебные тексты).

• Информация об ученых-химиках.

• < >

   

• Ссылки на ресурсы Интернет.

           «Виртуальная лаборатория» является помощником при подготовке обучающихся к предметной олимпиаде, к итоговой аттестации выпускников. Занятия элективных курсов по химии, консультации по предмету я часто провожу в кабинете информатики.

            В разделе  «Тесты»  предоставлены средства  для тестирования,  полученных обучающимися знаний.

             Раздел «Задачи»   предназначен для выработки у обучающегося навыков в решении расчетных задач по химии. Задачи 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. Этот раздел представляет особую ценность при самостоятельной подготовке обучающихся к занятиям и экзаменам.

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 могут моделировать условия возникновения и признаки протекания химических реакций на качественном уровне. Примером виртуальных лабораторий такого типа является  анимация химических процессов (ИНИС-СОФТ, РБ), ChemLab, Yenka и др.

            Кроме того можно выделить виртуальные лаборатории, иллюстрирующие закономерности протекания химических реакций на количественном уровне. Количественные изменения в этом случае интерпретируются в виде графиков и числовых таблиц. К виртуальным лабораториям такого типа следует отнести HyperChem, ChemStations, ChemCAD и др.

            Виртуальные лаборатории смешанного типа позволяют моделировать признаки, условия и закономерности протекания химических процессов (например, Crocodile Chemistry). 

           Предложенная классификация виртуального химического  эксперимента создает основу для разработки методики его использования в практике предметного обучения химии. При этом необходимо выявить основные методические требования к демонстрированию виртуальных опытов на уроках химии. К ним, в первую очередь, относятся наглядность, простота, надежность и необходимость теоретического объяснения результатов эксперимента.

            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, обучающиеся 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 обучающиеся могут возвращаться к нему много раз, что способствует более прочному и глубокому усвоению материала. При этом мои  наблюдения показывают, что методически правильно организованная работа  в виртуальной лаборатории способствует более глубокому формированию экспериментальных умений и навыков, чем аналогичный демонстрационный эксперимент.

         Как показывает анализ контрольных работ  по химии, большинство выпускников, решая сложные химические задачи, не могут справиться с легкими вопросами, касающимися лабораторного оборудования, техники безопасности, применения веществ в быту, распознавания веществ. Это следствие хорошей теоретической подготовки и недостаточного экспериментального опыта. Обучающиеся, прошедшие через практику работы в «Виртуальной лаборатории» легко справляются с подобными заданиями.  А главное – для обучающихся  химия из сложного и скучного предмета превращается в интересную экспериментальную науку о веществах.

          Таким образом, разработка проблемы использования различных типов виртуального химического эксперимента открывает новые перспективы для дальнейших исследований. Именно поэтому проблема использования виртуального эксперимента в обучении химии занимает одно из важнейших мест в разработанной  мною «Виртуальной лаборатории» и  является основным системообразующим компонентом, в созданной нами системе  подготовки обучающихся  к использованию  информационно-коммуникационных технологий в предметном обучении химии.