CC BY
47
Использование информационных технологий при проведении химического эксперимента со школьниками, обучаемыми на дому
С.О. Пустовит, ФГБОУВПО «Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского», ассистент кафедры химии, [email protected]
Аннотация. Рассматривается вопрос применения электронных ресурсов для организации химических опытов учащимися, которые обучаются на дому. Предложены варианты сочетания натурного и компьютерного эксперимента при проведении домашнего эксперимента.
Ключевые слова: домашний химический эксперимент, виртуальная лаборатория, алгоритм, натурный и компьютерный эксперимент, правила техники безопасности, учебная проблема.
Химия является экспериментальной наукой, поэтому важное место в химическом образовании школьника занимает умение выполнять химический эксперимент. Его проведение требует специально организованного кабинета или лаборатории: особые условия, оборудование, реактивы. Но не все учащиеся имеют возможность работать в помещении, специально приспособленном для этих целей: особого внимания и организации требует осуществление опытов школьниками, обучаемыми на дому.
Учёные-методисты и учителя химии предлагают учащимся общеобразовательных школ выполнять домашние лабораторные опыты и практические работы [3, 6], которые способствуют развитию осознанного интереса к предмету, повышению успешности обучения. В каждом доме есть своеобразная «химическая лаборатория», в которой можно выполнить опыты с самыми различными веществами. Однако многие вещества обладают особыми свойствами, и опыты с ними требуют особого оборудования при их проведении.
Приёмы, предлагаемые авторами для проведения домашнего эксперимента [1, 3, 5, 6], повышают наглядность образовательного процесса. Однако они имеют ряд ограничений. Многие из них могут быть осуществлены из-за сложности для детей с ограниченными возможностями, недоступности отдельного оборудования и реактивов, невозможности соблюдения всех необходимых правил техники безопасности в домашних условиях. Поэтому в отношении обучаемых на дому выполне-
ние эксперимента целесообразно дополнять компьютерными версиями опытов.
Демонстрация электронной версии опыта целесообразно, если вещества токсичны и манипуляции с ними не могут быть реально представлены на практике, опыты с редкими и дорогостоящими химическими веществами, при длительности эксперимента; опыты, ранее неоднократно проведённые учащимся; при инструктаже по технике безопасности перед проведением химического эксперимента, при подготовке школьника, в том числе, к практической работе. Например, ряд методистов важное место отводят использованию видеофрагментов с химическим экспериментом и виртуальной химической лаборатории, применяемых для организации практических работ в условиях невозможности их реального проведения, например, по теме «Ароматические углеводороды» [7].
Практическое обращение с веществами имеет большое значение в развитии экспериментальных умений школьников. Реальные манипуляции с ограниченным кругом веществ, доступных для обучаемых на дому, расширяет применение в образовательном процесса виртуальной лаборатории. Для некоторых детей-инвалидов в силу физических ограничений данный вид химического экспериментирования является единственно доступным. Виртуальные химические лаборатории предлагают выполнение химических опытов по всем темам школьного курса химии. В них особое внимание обращается авторами электронного пособия на соблюдение правил техники безопасности. Химические опыты проводятся в лаборатории, представленной на экране монитора, с использованием всего необходимого для опыта оборудования и химических реактивов. Учащимся предоставляется возможность собирать химические установки, проводить в них опыты, в ряде случаев делать соответствующие измерения [4].
Виртуальный химический эксперимент, выполненный в форме видео и анимации, даёт возможность предлагать учащимся выполнить, либо описать химический эксперимент в форме домашнего задания, что способствует формированию понятий и предметных умений по химии. Самостоятельное, практически без помощи посторонних, выполнение химических опытов, также способствует формированию познавательных мотивов, развитию интереса к исследовательской деятельности, личностных качеств ученика, осознанию своих возможностей и самоутверждению в процессе выполнения практической деятельности. Кроме того, учащийся применяет знания по химии для изучения того, что непосредственно его окружает - мира веществ. А поскольку мир обучаемого на дому обычно сильно сужен, домашний химический эксперимент в сочетании с компьютерным «обогащает» воображение, способствуя
развитию не эмпирического, а теоретического мышления, которое находится на более высоком уровне, стимулирует познавательные интересы к изучению химии.
Использование компьютерного опыта позволяет учителю акцентировать внимание на особенностях протекания химического процесса, обращать внимание на определённые узлы и детали установки, применять компьютерный вариант химического эксперимента для создания проблемной ситуации. Например, при совершенствовании знаний о свойствах фосфора возможна реализация учебной проблемы с привлечением демонстрации химического опыта «Взрыв смеси бертолетовой соли с красным фосфором», проведение которого в массовой школе и домашних условиях невозможно из-за опасности, либо недоступности реактивов. Её решение учащийся осуществляет в ходе самостоятельной работы с соответствующим компьютерным видеофрагментом, литературными источниками и при имеющейся возможности с ресурсами Интернета.
На наш взгляд, на достаточном уровне доступности для учащегося находится, к примеру, решение учебных проблем, связанных с разделением смесей серы и железа (магнитом), методами декантации, отстаивания, фильтрования. При этом электронные версии опытов по разделению смесей на основе физических свойств можно использовать в качестве инструктажа, в том числе по правилам техники безопасности на практическом занятии «Очистка поваренной соли от примесей». В отношении учащихся, обучаемых на дому, демонстрация компьютерного опыта имеет особое значение, поскольку «классический» школьный эксперимент отличается по своему исполнению выбором оборудования и реактивов и требует в данном случае от учащегося творческого подхода. Поэтому электронные версии опытов служат не столько образцом, сколько основой для выявления принципа применяемого метода и опорой для построения общего подхода к решению качественной задачи, что способствует формированию других групп предметных (умения решать задачи, пользоваться химическим языком [2]), обобщённых умений и становлению учебной деятельности школьника в целом.
При формировании предметных умений по химии, в том числе экспериментальных, мы учитываем динамику компонентов учебной деятельности. Учебная цель становится мотивом (интериоризация целей), когда, например, логико-познавательное противоречие в создаваемой проблемной ситуации вызывает потребность в усвоении новых знаний и умений. Учебное действие постепенно становится операцией: действие теряет самостоятельное значение и является частью шага в выполнении умения. К примеру, переливание растворов веществ, первоначально имея свою цель, в процессе фильтрования становится операцией. По-
требность использовать чистую воду становится мотивом по её очистке, т. е. преобразуется в мотив, цели реализуются в конкретных действиях и т. д. Поэтому экспериментальные умения имеют значение не сами по себе, а как способы приобщения учащегося к культурному опыту, адаптации в окружающем его мире веществ, что особенно важно для детей с ограниченными возможностями. Экспериментальные умения являются не только объектом изучения, но также важнейшим условием развития обобщённых умений, средством подготовки учащихся к жизни путём установления связи теории с практикой, приобретения учащимся опыта решения проблем практического характера: формирование предметных, в том числе экспериментальных умений, по химии способствует повышению качества подготовки обучаемых на дому.
Выделением общих приёмов решения задач в виде алгоритмов и алгоритмических предписаний при решении экспериментальных задач по химии [2] способствует интеграции экспериментальных умений. Использование алгоритмов и алгоритмических предписаний при выполнении заданий обобщённого характера и специфических предметных, включая решение качественных и количественных задач, подробно изложено в работах С.А. Волковой, Г.М. Грученко, Д.П. Ерыгина, Н.Е. Кузнецовой, В.С. Полосина, Е.А. Шишкина и других исследователей -методистов. Привлечение обучаемых к составлению алгоритмов решения задач данного типа возможно на основе анализ нескольких опытов, например, на получение или очистку вещества с дальнейшим применением выводов в новой для учащегося ситуации, что в условиях жёсткой ограниченности химического эксперимента в «домашней лаборатории» в некоторой степени позволяет преодолеть демонстрация виртуальных опытов.
Предлагаем учащемуся выполнить практическую работу на очистку поваренной соли от нерастворимых в воде примесей? В процессе эвристической беседы приходим к выводу - алгоритму решения задачи. Вопросы беседы.
4. Какие химические свойства различаются у поваренной соли и примесей в ней?
5. Что произойдёт при помещении поваренной соли в химический стакан с водой?
6. С каким типом смеси мы теперь имеем дело?
7. Можно ли применить магнит для разделения смеси?
8. В чём состоит суть методов отстаивания и декантации? Достаточно ли чистым будет раствор при их использовании для разделения представленной смеси?
(Демонстрация компьютерных опытов «Отстаивание», «Декантация»).
4. Для лучшего оседания осадка применяют метод центрифугирования. (Демонстрация виртуального опыта «Центрифугирование»).
17. В какой химической посуде проводят центрифугирование? Можно ли разделить таким способом 0,5 л смеси?
18. 7. Можно применить метод фильтрования? (Демонстрация виртуального опыта «Фильтрование»).
19. Какое лабораторное оборудование применяют для фильтрования? Как укрепляют стеклянную воронку в кольце лабораторного штатива? Для чего используют стеклянную палочку?
(Демонстрация приёма изготовления простого фильтра из фильтровальной бумаги).
20. Фильтрат содержит соль в растворённом виде. Часто поваренная соль нужна в кристаллическом виде, а не в виде раствора. Какой метод позволит быстро удалить воду из раствора? (Демонстрация виртуального опыта «Выпаривание»).
21. Какую лабораторную посуду используют для выпаривания вещества из раствора?
22. Чем в домашних условиях можно заменить химическое оборудование, необходимое для фильтрования загрязнённого раствора поваренной соли, и выпаривания?
23. Как удалить воду из раствора?
Мы предлагаем учащимся, обучаемым в домашних условиях, различные варианты качественных, в том числе экспериментальных задач. При формировании понятий «чистое вещество» и «смесь» можно выполнить также следующие опыты, модифицируя демонстрируемые на компьютере версии по разделению веществ:
1. Разделите смесь речного песка и сахарного песка.
2. Разделите смесь соды и древесного угля.
3. Предложите способ разделения мела и поваренной соли.
4. Перегонка воды [6].
5. Хроматография на бумаге (разделение методом хроматографии на бумаге следующих смесей:
а) спиртовой раствор «зелёнки»;
б) водный раствор чёрной туши для чертёжных работ [5] и другие. Предлагаем учащимся выполнение домашнего эксперимента при
исследовании объектов природы, к примеру, на определение рН с помощью универсальной индикаторной бумаги и объяснение полученных результатов, осуществляя тем самым межпредметные связи с изучением равновесия экосистем по биологии и экологии. Учащийся использует электронные ресурсы для решения проблемных задач интегративного характера, решения экспериментальных задач с биологическим, экологическим, географическим содержанием. Например, можно предложить
учащемуся следующие экспериментальные задачи: докажите, что вода из-под крана содержит карбонаты; докажите, что в состав известняка входят карбонаты (природные ресурсы) - связь с географией; докажите, что хлорид аммония нельзя использовать для кислых почв - связь с биологией; мешают ли ионы калия подвижности карбонат-ионов в почвенном растворе. Необходимость применить знания в новой ситуации создаёт условия для возникновения проблемной ситуации, которую учащийся решает экспериментально, либо мысленно, приводя в качестве доказательства компьютерный опыт - видео или анимацию.
Как и в отношении эксперимента, осуществляемого в массовой школе, в условиях домашнего обучения мы придаём большое значение повтору учащимся химического опыта. Согласно С.Г. Шаповаленко, «повторять опыты также необходимо, как и всякий другой материал, однако нецелесообразно демонстрировать одни и те же опыты в одних и тех же связях» [8]. Целесообразно использовать один и тот же химический опыт в различных проблемных ситуациях для их создания и решения проблемных задач. Совершенствование экспериментальных умений мы осуществляем через включение одного и того же химического эксперимента в разные проблемные ситуации, что предполагает не механическую «отработку» действий, составляющих умение, в однообразной деятельности, а осмысленный выбор оборудования и реактивов, своеобразное открытие учащимся способа решения проблемной задачи, демонстрацию компьютерного опыта с различными дидактическими целями.
Таким образом, сочетание компьютерного и натурного эксперимента эффективно не только при классно-урочной системе обучения, но и при выполнении практической части программы по химии с детьми с ограниченными возможностями, которые, согласно «Закону об образовании» также имеют право на получение полноценного образования. Однако не следует пренебрегать натурными опытами, полностью вытесняя их электронными версиями, поскольку в методической литературе имеется достаточное количество рекомендаций по выполнению домашнего эксперимента, разработанного для повышения познавательного интереса учащихся массовой школы и простых по своему выполнению, не требующих особого оборудования, доступных для выполнения учащимися, обучаемыми на дому.
Литература
1. Бадаев И.И. Домашний эксперимент по химии. Пособие для учителей. Из
опыта работы. М.: Просвещение, 1977. - 127 с.
2. Волкова (Герус) С.А. Теория и практика рационализации процесса обучения химии в средней школе: Монография. - СПб.: РГПУ им. А.И. Герцена,
2003. - 160 с.
3. Гурова А.В., Рыбникова О.Е. Домашние практические работы по химии // Химия: методика преподавания. - 2005, №1. - С. 70 - 74.
4. Дорофеев М.В., Нагин Н.А, Лущай М.Г. Мотивационный ресурс виртуальной химической лаборатории // Химия в школе. - 2005. - №8. - С. 60 - 65.
5. Ерёменко Е.Б. Ведение домашнего эксперимента в процессе обучения химии семиклассников. ИД «Первое сентября». [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://festival.1september.ru
6. Исаев Д.С. Об использовании домашнего эксперимента в 8-11-м классах // Химия в школе. - 2009, №8. - С. 56 - 61.
7. Нечитайлова Е. В. Информационные технологии на уроках химии // Химия в школе. - 2005, №3. - С. 13 - 15.
8. Шаповаленко С.Г. Методика обучения химии в восьмилетней и средней шко-
ле (Общие вопросы): Пособие для учителей. - М.: Учпедгиз, 1963. - 667 с.
