ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРАКТИВНЫХ И ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

Педагогика

УДК 372.857

кандидат биологических наук, доцент Завальцева Ольга Александровна

Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Государственный гуманитарно-технологический университет» (г. Орехово-Зуево); кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Мишина Ольга Степановна Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Государственный гуманитарно-технологический университет» (г. Орехово-Зуево); кандидат биологических наук, доцент Короткое Олег Владимирович Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Государственный гуманитарно-технологический университет» (г. Орехово-Зуево)

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНТЕРАКТИВНЫХ И ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ

Аннотация. В настоящей статье представлен анализ научно-методической педагогической литературы и педагогического опыта практического применения интерактивных и цифровых технологий на уроках химии. Сущность интерактивных и цифровых технологий в образовательном процессе заключается во внедрении и развитии новых специализированных навыков обучающихся в изучаемой области, повышении качества знаний, организации новых форм взаимодействия в процессе обучения. Особо актуальными среди интерактивных и цифровых технологий на уроках химии являются: аппаратные, программные средства и электронные ресурсы. В статье рассмотрены такие цифровые инструменты и их возможности, как мультимедийная презентация, тренажеры для решения задач, химические калькуляторы, электронные таблицы для вычислений, специализированные сайты, мобильные приложения. Использование цифровых технологий должно соответствовать цели урока и проходить в рамках одного из его этапов в соответствии с ФГОС. Основой для использования цифровых технологий рекомендуется делать некоторую единую цифровую платформу. В случае более высокого технического уровня подготовки педагога основой может стать сайт, цифровой ресурс (онлайн-доска, временная шкала, интеллект-карта), или модуль в системе дистанционного обучения. Таким образом, посредством цифровых и интерактивных технологий эффективнее и быстрее происходит активизация познавательного интереса учащихся к предмету химии.

Ключевые слова: интерактивные и цифровые технологи, основное общее образование, обучение химии, образовательные ресурсы.

Annotation. This article presents an analysis of scientific and methodological pedagogical literature and pedagogical experience in the practical application of interactive and digital technologies in chemistry lessons. The essence of interactive and digital technologies in the educational process is the introduction and development of new specialized skills of students in the field of study, improving the quality of knowledge, organizing new forms of interaction in the learning process. Particularly relevant among interactive and digital technologies in chemistry lessons are: hardware, software and electronic resources. The article discusses such digital tools and their capabilities as multimedia presentation, simulators for solving problems, chemical calculators, spreadsheets for calculations, specialized websites, mobile applications. The use of digital technologies should correspond to the purpose of the lesson and take place within one of its stages in accordance with the Federal State Bducational Standard. It is recommended to make a single digital platform the basis for the use of digital technologies. In the case of a higher technical level of teacher training, the basis may be a website, a digital resource (online whiteboard, timeline, intelligence map), or a module in a distance learning system. Thus, through digital and interactive technologies, the activation of students' cognitive interest in the subject of chemistry is more effective and faster.

Key words: interactive and digital technologies, basic general education, chemistry training, educational resources.

Введение. Использование цифровых и интерактивных технологий по химии должно быть целесообразным и методически обоснованным. На уроке химии указанные технологии выступают одним из средств достижения учебных целей по изучению предмета [2, 3].

Какие особенности изучения химии по сравнению с другими предметами школьной программы мы можем выделить:

- химия обладает собственным визуальным языком обозначений, элементов и формул;

- особым видом деятельности является решение химических задач;

- химия содержит достаточно сильную вычислительную (математическую) составляющую;

- специфическим методом обучения данному предмету является эксперимент;

- пониманию предмета способствуют модели различных химических объектов и явлений. Метод моделирования, основанный на применении цифровых технологий, является одним из наиболее перспективных методов познания в науке.

Изложение основного материала статьи. Рассмотрим, как могут быть разрешены данные особенности на конкретных примерах различных цифровых инструментов, которые могут быть использованы на уроке химии.

Одним из основных и простых средств, используемых на уроках, ,является презентация. Презентация позволяет на присущем предмету языке в понятной и визуально доступной форме представить новый материал и организовать взаимодействие учителя и учащихся с материалом урока. Интерактивность презентации позволяет раскрыть тематические связи между разделами и представить связь между изучаемыми объектами и явлениями. Анимация в презентациях позволяет визуализировать модели наблюдаемых явлений, наглядно продемонстрировать свойства объектов и их изменение во времени.

Интерактивность в презентациях позволяет реализовывать следующие дополнительные возможности:

- создавать интерактивные тренажеры, такие как «Периодическая таблица Д.И. Менделеева», а также тематические интерактивные презентации по различным темам уроков;

- создавать слайды обратной связи с аудиторией, содержащие интерактивные вопросы, позволяющие учителю понять, насколько был понятен ученикам уже изложенный ранее в презентации фрагмент материала;

- создавать элементы геймификации, например обучающие квесты, интеллектуальные игры типа «Своя игра» и некоторые другие;

- презентация может использоваться в комплекте с другим оборудованием, например интерактивными досками.

Для визуализации химических явлений анимация в презентациях предоставляет следующие дополнительные

возможности:

- визуализировать движение молекул, атомов, электронов с помощью эффектов путей перемещения;

- визуализировать растворимость (например, растворимость газов в воде) на основе анимационных эффектов;

- наблюдать изменения цвета индикаторов и сред с использованием эффектов выделения со сменой цвета заливки графических примитивов;

- создавать управляемые пользователем модели с использованием триггеров.

Важным процессом в освоении учениками предмета является обучение решению химических задач.

Выделим основные критерии составления и отбора задач для обучения их решению с применением цифровых технологий с помощью тренажеров в интерактивном режиме:

- для реализации на основе использования цифровых и интерактивных технологий подходят не только расчетные, но также качественные и экспериментальные задачи;

- решение выбранных задач может быть реализовано на основе химических калькуляторов, тренажеров и самоучителей задач, электронных таблиц, интерактивных презентаций, программ для моделирования, а также специализированных ресурсов;

- задача должна быть представлена в виде краткой стандартизированной записи, при решении должна четко прослеживаться логика решения, последовательность действий, получаться однозначный ответ в конкретных единицах измерения (для вычислительных задач);

- задача обладает практико-ориентированностью и актуальностью.

Одним из примеров тренажеров решения задач выступает электронный цифровой продукт «Химия для всех - XXI: Решение задач. Самоучитель» из образовательной коллекции компании «1С:». Данный тренажер предназначен для индивидуальной работы школьников и включает более 1100 разнотиповых задач, среди которых возможен поиск задач по теме курса химии средней школы, по типу, по уровню сложности, изучаемым химическим веществам и их соединениям. Программа предлагает ученикам встроенную помощь, подсказки, справочные материалы (справочник) и медиафайлы (фото и видео).

Для реализации вычислительной (математической) составляющей в могут быть использованы следующие цифровые средства: химические калькуляторы, электронные таблицы для вычислений, специализированные сайты, мобильные приложения.

В случае химических калькуляторов, компьютер является инструментом, решающим расчетную задачу [1]. Ученик вводит данные и выполняет анализ полученного компьютером результата. Данная деятельность может быть частью вычислительного химического эксперимента. Примерами цифровых калькуляторов являются:

Готовим растворы :

- перерасчет концентрации из одной в другую,

- перерасчет концентраций при смешивании двух или более растворов,

- погрешность концентрации,

- приготовление различных типов буферных растворов,

- приготовление растворов заданного объема и концентрации,

- разбавление растворов, расчет соотношений двух растворов для получения конечного с известной концентрацией и объемом,

- расчет неводных растворов.

BestChem:

- количественные расчеты по химическим уравнениям,

- расчет по уравнению реакции массы вещества,

- расчет объема выделившегося газа,

- расчет задач на избыток,

- расчет доли примеси,

- расчет по выходу продукта реакции,

- расчет по массе (объему) полученного вещества.

Chem RefPC:

- Химический калькулятор,

- справочник по химии,

- нахождение молекулярной массы по химической формуле,

- расчет количества вещества по известной массе,

- расчет массы растворенного вещества для приготовления раствора, построение графика зависимости потенциала ионизации, радиуса атома и других величин от величины заряда ядра,

- периодическая система элементов (интерактивная).

Chemix.

- Уравниватель химических реакций для расстановки коэффициентов,

- расчет теплового эффекта химической реакции,

- расчет теплоты образования реагентов,

- расчет изменения энергии Гиббса в ходе реакции,

- расчет изменения энтропии,

- расчеты по электрохимии,

- справочник стандартных окислительно-восстановительных потнциалов химических реакций,

- расчет массовых долей элементов по брутто-формуле вещества,

- расчеты растворимости,

- расчеты кислотноосновного равновесия,

- справочник по спектроскопии.

Уральский химический калькулятор:

- расчет масс исходных веществ и продуктов химических реакций по полностью или частично известному уравнению реакции.

Вычислительные функции, включая вычислительный эксперимент, могут быть реализованы в электронных таблицах (например, Microsoft Excel). Создание химических калькуляторов на базе электронных таблиц может стать частью комплексного урока на межпредметной основе, такой как «химия - информатика».

Приведем дополнительные ресурсы, полезные для решения различных типов задач.

Сайт https://chemequations.com/ представляет собой веб-приложение для вычисления и дополнения продуктов реакции. Описывает ионные и окислительно-восстановительные реакции. Выполняет поиск по реагентам и по уравнениям реакций. Имеет мобильное приложение, которое может быть установлено на смартфон или планшет.

Химический раздел сайта nigma.rus - осуществляет поиск информации по предмету, представляет собой метапоисковую систему и призван заменить некогда существовавшую интеллектуальную систему решения химических задач, утерянную при закрытии сайта нигма.рф.

Химический раздел сайта Вольфрам Альфа - ресурс, позволяющий исследовать современные данные о соединениях, химических реакциях, в которых они участвуют, изучить разделы химии о растворимости и теории химических графов. Содержит информацию о преобразовании единиц измерения, молярных расчетах, стехиометрии, ионной химии и многих других разделах данной науки.

Виртуальный химический эксперимент может быть реализован на основе виртуальной лаборатории - это цифровой инструмент, позволяющий моделировать химический процесс, меняя условия и параметры его проведения. Примерами виртуальной лаборатории являются программы ChemLab, Yenka, Crocodile Chemistry и некоторые другие. VirtuLab предоставляют обучающемуся возможности выбора реактивов и оборудования из небольшого числа объектов, участвующих в данной сцене. В лаборатории учащийся получает пошаговые инструкции, а при неправильных действиях указываются ошибки и способы их исправления. Разработчиками предлагаются виртуальные лаборатории с высокой степенью интерактивности, в которых представлен широкий выбор оборудования и реактивов, дающий свободу действия учащимся. В такой лаборатории ученик имеет возможность сконструировать прибор и самостоятельно спланировать и провести нестандартный эксперимент.

У экспериментов, проводимых в виртуальных лабораториях, есть некоторые определенные преимущества:

- быстрое формирование начальных умений;

- возможность выполнения эксперимента при недостаточности материально-технической базы для приобретения оборудования и реактивов;

- возможность индивидуальной работы;

- высокая безопасность;

- инклюзивность при обучении химии;

- проведение «быстрого эксперимента» - многочисленных серий опытов с переменными значениями различных параметров;

- развитие критического мышления и навыков анализа и интерпретации данных;

- развитие навыков проведения наблюдений;

- доступность эксперимента в любой ситуации, некоторые опасные химические эксперименты могут быть реализованы только в виртуальной лаборатории.

Виртуальному химическому эксперименту, свойственны и отдельные недостатки, основным из которых выступает отсутствие непосредственного контакта с приборами, аппаратурой и исследуемыми веществами.

Отдельные виртуальные лаборатории способны иллюстрировать закономерности хода изучаемых химических реакций на количественном уровне, интерпретируя количественные изменения, визуализируя их с помощью графиков и числовых таблиц. Виртуальными лабораториям с подобным функционалом являются такие цифровые продукты, как HyperChem, ChemStations ChemCAD и др.

Еще одна разновидность химической лаборатории в цифровом формате представляет собой программно-аппаратные комплексы. Подобные комплексы являются датчиковыми, т.е. к ним может быть в полной мере применена современная концепция «Интернета вещей». Цифровая лаборатория представляет собой комплект оборудования, содержащий блок измерений, сопряженный с персональным компьютером, комплекты датчиков. Основной фунционал данного оборудование - проведение измерений.

Отечественное оборудование серии L-микро®, предоставляющее учителю и ученикам единую экспериментальную среду, объединяющую демонстрационное оборудование и наборы для лабораторных работ.

Российские цифровые лаборатории «Наураша», состоящие из 8 модулей реализованных в удобной для детей форме лотков с элементами, каждый из которых посвящен одной из тем: температура, свет, электричество, кислотность, сила, магнитное поле, звук, пульс. Каждый лоток содержит цифровой датчик «Божья коровка» и оборудование «Наураша», разработанное ООО "Научные развлечения".

Цифровые лаборатории «Архимед» компании Fourier Systems (Израиль) имеют регистратор USBLink, соединительные кабели и набор датчиков и снабжены программным обеспечением MultiLab.

Цифровые лаборатории ЛабДиск компании ГЛОМИР представляют собой мобильную естественнонаучную лабораторию с мультисенсорным регистратором данных. Устройство выпускается в двух конфигурациях - «Физика» и «Химия» с различными наборами датчиков.

Цифровые лаборатории EINSTEIN, способные работать с компьютерами под управлением любых операционных систем, так и с планшетными компьютерами с Android и iOS. Оборудование одновременно регистрирует данные, поступающие с датчиков, и выполняют до 100 ООО измерений в секунду. В комплект лаборатории может быть включено до 65 датчиков различного назначения для химической или физической лаборатории.

Цифровые лаборатории SenseDisc имеет также несколько комплектаций для физики, химии и биологии, с определенным набором датчиков, позволяющих тестировать практически все физические, химические и биологические данные. Поддержка любых операционных систем и мобильных платформ делает систему пригодной для наглядного преподавания на любом уровне образования от начальной и средней школы до колледжа.

Цифровые лаборатории ReLab снабжены встроенными датчиками RELAB INSIDE (химия), включают в себя планшетный регистратор с интегрированными цифровыми датчиками, программное обеспечение RELAB Lite, справочно-методическое пособие.

Цифровые лаборатории Pasco относятся к классу высокотехнологичного оборудования. На их базе может быть реализовано множество конфигураций от цифровых датчиковых систем и учебных стендов для проведения лабораторных работ в рамках школьной программы до высокотехнологичных установок для углублённого изучения естественных наук, ведения журнала научных наблюдений и организации совместной работы.

Рассмотрим средств моделирования химических объектов (молекул и молекулярных соединений) на уроках. Примерами таких инструментов являются программы ChemOffice, MDL ISIS Draw, Chem3d и некоторые другие. Перечисленные программные средства, обеспечивают наглядное представление сложных объектов и процессов, могут выступать частью (этапом) виртуального химического эксперимента.

ChemOffice профессиональный программный комплекс, разработанный в Кембридже, который объединяет 4 функциональных приложения:

1) Chem Draw: химический редактор, позволяет редактировать химические формулы, пространственные формулы органических соединений.

2) Chem 3D, модуль трехмерной визуализации химических соединений, предоставляющий возможности компьютерного моделирования и выполнения химических расчетов.

3) ChemFinder, специализированный редактор баз данных для создания и редактирования химических баз данных.

4) Table Editor: редактор таблиц.

Тем не менее, самым простым способом получения моделей является использование сервисов с готовыми трехмерными моделями различного назначения, такими как Sketchfab. Модель может быть изучена непосредственно на сайте, где размещена, или интегрирована в другой ресурс, например образовательный сайт, веб-страницу системы дистанционного обучения и др.

Выводы. Использование цифровых и интерактивных технологий в образовательном процессе по естественнонаучным дисциплинам, в частности на уроках химии, представляется весьма перспективным и эффективным. Использование данных технологий обладает несомненной практической значимостью, поскольку химия, обладая развитой и логичной теорией, является наукой практико-ориентированной, но в условиях школьной среды из соображений безопасности образовательного процесса не всегда мы можем использовать практическую составляющую в полной мере. Цифровые технологии предоставляют возможность использования образовательного видео практической направленности, симуляционного обучения на основе цифровых симуляторов, средства виртуальных лабораторий, вычислительный эксперимент и многое другое, что обогащает практический опыт как ученика, так и педагога.

Литература:

1. Белохвостов, A.A. Обучение школьников решению расчетных задач с помощью компьютерных средств / A.A. Белохвостов // Методика преподавания химических и экологических дисциплин : сб. материалов междунар. науч,-практ. конф., Брест, 22-23 ноября 2012 г. - Брест: БрГУ имени A.C. Пушкина, 2012. - С. 10-15. - URL: https://rep.vsu.by/bitstream/123456789/24846/l/06y4eHHe%20mKonbH%20pem_EenoxBOCTOB.pdf (дата обращения: 07.11.2023)

2. Белохвостов, A.A. Методы компьютерного обучения химии Актуальные проблемы химического образования в средней и высшей школе: сборник научных статей. - Витебск: ВГУ имени П.М. Машерова, 2016. - С. 13. - URL: https://rep.vsu.by/bitstream/123456789/8359/1/13-16.pdf (дата обращения: 07.11.2023)

3. Якушева, Г.И. Методика использования на уроках химии цифровых образовательных ресурсов / Г.И. Якушева, A.C. Коротеева // Современные проблемы педагогического образования. - 2022. - №74 (1). - С. 316-319. - URL: https://cyberleninka.rU/article/n/metodika-ispolzovaniya-na-urokah-himii-tsifrovyh-obrazovatelnyh-resursov (дата обращения: 07.11.2023)

Педагогика

УДК 378

кандидат педагогических наук, доцент Зимина Евгения Константиновна

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина» (г. Нижний Новгород); кандидат педагогических наук, доцент Сырова Надежда Васильевна Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина» (г. Нижний Новгород); член Союза Художников России, доцент Абдуллина Марина Александровна Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы Минина» (г. Нижний Новгород)

ФОРМИРОВАНИЕ ХУДОЖЕСТВЕННОГО ИНТЕРЕСА К КУЛЬТУРНОМУ НАСЛЕДИЮ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ВЛИЯНИЯ НЕГАТИВНЫХ ПРОЦЕССОВ ГЛОБАЛИЗАЦИИ

Аннотация. В статье исследуется значение формирования художественного интереса к культурному наследию для снижения негативных процессов, вызванных глобализацией. Исследователи отмечают, что глобальная культура пронизывает «все сферы духовной жизни» [4]. Результатом этого процесса становится культурная гомогенизация. Происходит разрушение культурного наследия, национальных традиций и особенностей. Исчезают народные промыслы и ремесла, обладающие исторической и культурной ценностью. Необходимость сохранения и приумножения культурного наследия, являющегося информационным, передающим опыт предыдущих поколений, особенно усиливается в условиях глобализационных процессов. Все это подтверждает актуальность формирования интереса к культурному наследию с целью снижения влияния негативных процессов глобализации.

Ключевые слова: культурное наследие, обучающиеся, глобализация, гомогенизация, цифровизация.

Annotation. The article research the importance of the formation of artistic interest in cultural heritage to reduce the negative processes caused by globalization. Researchers note that «global culture» permeates «all spheres of spiritual life» \ ]. The result of this process is cultural homogenization. Cultural heritage, national traditions and peculiarities are being destroyed. Folk crafts and crafts with historical and cultural value are disappearing. The need to save and increase the cultural heritage, which is informational, transmitting the experience of previous generations, is especially intensified in the context of globalization processes. All this confirms the relevance of the formation of interest in cultural heritage in order to reduce the impact of negative processes of globalization.

Key words: the cultural heritage, students, globalization, homogenization, digitalization.

Введение. В условиях вступления общества в постиндустриальный период, происходят значительные изменения во всех сферах жизнедеятельности человека, что обусловлено усилением глобализационных процессов, имеющих как положительные, так и отрицательные стороны.

Инструментом, усиливающим процесс глобализации, является, цифровизация.

Важно отметить, что глобализация, затрагивает все сферы жизнедеятельности человека, в том числе и культуру, происходит слияние культур, то есть гомогенизация. Народная культура, хранит в себе мировоззренческое отношение к миру, является его духовно-нравственной составляющей. Формирование художественного интереса к культурному наследию должно стать основой снижения влияния негативных процессов, вызванных глобализацией: гомогенизациии и цифровизации.

Изложение основного материала статьи. Рассматривая цифровизацию, как инструмент планетарной глобализации, исследуя, взаимосвязь глобализации и информатизации, авторы Круглов В.В., Никифорова В.Д., Никифоров А.А.