CC BY
187
УДК 546:378.147
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЙ В ПРОЦЕССЕ ИЗУЧЕНИЯ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
ФаращукН.Ф., Теленкова О.Г., КорякинаЮ.П.
Смоленский государственный медицинский университет, Россия, 214019, Смоленск, ул. Крупской, 28
Резюме. Современный стандарт образования требует такого формирования компетенций, при котором студенты усваивают не только теоретические знания, но и готовы к использованию основных физико-химических, математических и иных естественнонаучных понятий и методов при решении профессиональных задач. В связи с этим виртуальные лаборатории становятся все более актуальными в практике обучения химии. Ключевые слова: виртуальная химическая лаборатория, «Общая и неорганическая химия».
THE USE OF VIRTUAL CHEMICAL LABORATORIES IN STUDING OF GENERAL
AND INORGANIC CHEMISTRY
Farashchuk N.F., Telenkova O.G., Koryakina Y.P.
Smolensk State Medical University, 214019, 28, Krupskoy St., Smolensk, Russia
Summary. Modern standard of education requires the formation of competences in which students get not only theoretical knowledge, but also they are ready to use basic physical, chemical, mathematical and other natural science concepts and methods in solving the professional problems. In this regard, virtual laboratories are becoming increasingly relevant in the practice of studing Chemistry.
Key words: virtual chemical laboratory, General and Inorganic Chemistry
Опыт ценнее тысячи мнений, рожденных воображением
М.В. Ломоносов
Введение. Согласно принятому ФГОС ВО реализация компетентностного подхода в учебном процессе осуществляется за счет активных и интерактивных форм обучения. Это означает, что изложение только теоретического материала и
экспериментальных фактов в процессе прочтения лекционного материала с целью формирования и развития
профессиональных навыков обучающихся недостаточно. Тем более этого не достаточно в процессе проведения лабораторного занятия. Возникла необходимость внедрения компьютерных симуляций.
Цель работы - представить перспективу использования на кафедры «Общей и медицинской химии» Смоленского государственного
медицинского университета виртуальной химической лаборатории при изучении общей и неорганической химии студентами - провизорами.
Методы, используемые в работе - для достижения цели исследования
использовались методы теоретического и логического анализа и обобщения.
Результаты исследования. овременный стандарт образования требует такого построения учебного процесса, при котором студенты усваивают не только
теоретические знания, но и основы методов научного познания. В связи с этим виртуальные лаборатории становятся все более актуальными в практике обучения химии. Виртуальный лабораторный практикум по химии может выступить в роли замены или дополнения к натурному лабораторному практикуму, который является обязательным элементом образовательной программы по химии. Однако теоретико-методические основы их внедрения не до конца разработаны и только начитают складываться. Само понятие «виртуальная химическая лаборатория» до сих пор не имеет точного определения.
С точки зрения ряда авторов [1] виртуальной лабораторией является программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты. Сюда можно отнести компьютерную программу, программный комплекс, набор
компьютерной информации. Другие исследователи [7] под виртуальной лабораторией понимают лабораторную установку с удаленным доступом -цифровые и дистанционные химические и физические лаборатории. Третья точка зрения [4] свидетельствует о том, что виртуальная лаборатория - это обучающая система как часть информационной или виртуальной образовательной среды, включающей учебные, учебно-
методические, практические, справочные, контрольно-обучающие и контрольно-тестирующие материалы. По определению В.В. Трухина, виртуальная лаборатория «представляет собой программно-аппаратный комплекс, позволяющий проводить опыты без непосредственного контакта с реальной установкой или при полном отсутствии таковой. В первом случае мы имеем дело с так называемой лабораторной установкой с удаленным доступом, в состав которой входят реальная лаборатория, программно-аппаратное обеспечение для управления установкой и оцифровки полученных данных, а также средства коммуникации. Во втором случае все процессы моделируются при помощи компьютера» [6].
Гавронская Ю.Ю. и Оксенчук ВВ., объединяя вышерассмотренные понятия, определяют виртуальную лабораторию в обучении химии как компьютерную имитацию учебной химической
лаборатории, реализующую ее основную функцию - проведение химического эксперимента в образовательных целях. Технически функционирование
виртуальной лаборатории обеспечивается программно-аппаратными средствами компьютерной техники, дидактически -содержательно и методически
обоснованным сценарием [3].
Виртуальные лабораторные работы имеют огромное количество преимуществ:
1. Они не являются полноценной заменой натурного эксперимента, однако представляют собой единственную возможность прохождения практикума студентами заочных и дистанционных форм обучения, набирающих популярность в условиях возрастающей глобализации образовательного процесса, а также для закрепления знаний и умений как в аудиторной, так и во внеаудиторной самостоятельной деятельности.
2. Могут выступать в роли дополнения к натурным аналогам, например, при проведении эксперимента на уникальном оборудовании, доступ к которому ограничен, так как многие явления и опыты провести в условиях учебного заведения нельзя или очень сложно.
3. Виртуальные лабораторные работы обеспечивают безопасность даже неподготовленных пользователей в условиях работы с высокими напряжениями или химическими веществами высокой токсичности.
4. Позволяют наблюдать процессы, трудноразличимые в реальных условиях из-за малых размеров наблюдаемых частиц (молекулы, атомы) или процессов, протекающих за доли секунды или, напротив, длящихся в течение нескольких лет.
5. Виртуальные лабораторные работы можно демонстрировать в аудитории во фронтальном режиме (с демонстрацией
компьютерных моделей с помощью проекционного оборудования), во время лекции как дополнение к лекционным материалам или при подготовке учащихся к выполнению натурной лабораторной работы. 6. Позволяют экономить время и ресурсы для ввода результатов в электронный формат. Некоторые работы требуют последующей обработки достаточно больших полученных цифровых данных. Слабым местом при использовании реальной лаборатории является ввод полученной информации в компьютер. В виртуальной лаборатории данные могут заноситься в электронную таблицу результатов непосредственно при выполнении опытов экспериментатором или автоматически. Таким образом, экономится время и значительно уменьшается процент возможных ошибок.
При создании виртуальных лабораторий могут использоваться различные подходы. Прежде всего, виртуальные лаборатории разделяются по методам доставки образовательного содержания.
Программные продукты могут
поставляться на компакт-дисках (CD-ROM) или размешаться на сайте в сети Интернет. По способу визуализации различают лаборатории, в которых используется двухмерная, трехмерная графика и анимация. Кроме того, [5] виртуальные лаборатории делятся на две категории в зависимости от способа представления знаний о предметной области.
Первого типа виртуальные лаборатории, в которых представление знаний о предметной области основано на отдельных фактах, ограничены набором заранее запрограммированных
экспериментов. Этот подход используется при разработке большинства современных виртуальных лабораторий с низкой степенью интерактивности, главным достоинством которых является большой дидактический материал [1].
Другой подход позволяет учащимся проводить любые эксперименты, не
ограничиваясь заранее подготовленным набором результатов. Это достигается с помощью использования математических моделей, позволяющих определить результат любого эксперимента и соответствующее визуальное
представление. Такие виртуальные лаборатории по химии бывают со средней степенью интерактивности, которые предоставляют обучающемуся
возможность выбора реактивов и оборудования из небольшого числа объектов, участвующих в данной сцене, и с высокой степенью интерактивности, предоставляющие широкий выбор оборудования и реактивов и определенную свободу действия [1]. К сожалению, подобные модели пока возможны для ограниченного набора опытов.
В системе подготовки провизора общая и неорганическая химия занимает очень важное место как первая дисциплина, формирующая химические компетенции в контексте будущей фармацевтической деятельности, что требует от педагога совершенствования методики обучения этой дисциплине с опорой на комплекс современных средств, активных методов, разнообразных форм организации обучения, стимулирующих продуктивное усвоение предмета и творческую самореализацию студентов. Все это определило актуальность внедрения виртуальной лаборатории в учебную практику. Некоторые методические аспекты преподавания химии на кафедре уже рассматривались в статье Фаращука Н.Ф. и Блажко Н.Н. [2]
Нами было изучено несколько видов виртуальных химических лабораторий, представленных в сети Интернет. Например: ChemicalEducationResearch (http ://group .chem.iastate. edu/), IrYdiumChemistryLab (www.chemcollective.org/vlab/vlab.php), VirtuLab (http://www.virtulab.net),
VirtualChemistryLaboratory (Virtualchemistry -
http ://www. chem .ox.ac. uk/vrchemi stry/) идругие. Главное достоинство всех перечисленных проектов - открытый бесплатный доступ, для демонстрации
проводимых опытов используется большой набор видеофрагментов, для работы с лабораториями достаточно владения компьютером на уровне первичного пользователя.
Программный продукт VirtuLab - это проект многоотраслевого плана, в том числе по химии. В нем виртуальные лабораторные работы реализованы при помощи технологии Flash. Отличаются узкой специализацией, в большинстве случаев линейностью опыта (вся последовательность действий и результаты опыта заданы заранее).
Продукт VirtuLab позволяет проводить следующие виртуальные лабораторные работы, которые имеют актуальность для выполнения нашей рабочей программы по общей и неорганической химии:
1. Вытеснение одного металла другим из раствора соли.
2. Знакомство с образцами металлов и сплавов.
3. Знакомство с образцами природных соединений неметаллов.
4. Знакомство с рудами железа.
5. Знакомство с соединениями алюминия.
6. Идентификация неорганических соединений.
7. Распознавание хлорид-, сульфат-, карбонат- анионов и катионов аммония, натрия, калия, кальция, бария.
8. Распознавание хлоридов и сульфатов.
9. Растворение железа и цинка в соляной кислоте.
10. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы и неметаллы».
11. Решение экспериментальных задач по теме «Получение соединений металлов и изучение их свойств» и другие.
Этим списком возможности этого портала не ограничены.
Обсуждение. Правильно выполняя виртуальную лабораторную работу по химии, студенты отрабатывают умения решения расчетных задач по данной теме, закрепляют алгоритм и технику выполнения химического эксперимента, усваивают закономерности протекания
химических процессов при активном участии в процессе обучения.
На кафедре начато освоение методики преподавания общей и неорганической химии по технологии виртуальной лаборатории. Для разработки полного цикла работ необходимо приобретение лицензионных программ и
дополнительного компьютерного
оборудования.
Однако при всех перечисленных достоинствах виртуального химического эксперимента ему свойственны и недостатки. В первую очередь -это отсутствие непосредственного контакта с объектом исследования химии -веществом, обладающим огромным набором свойств, которые не сможет воспроизвести ни одна даже самая совершенная компьютерная модель. Во-вторых, отсутствие контакта с приборами и аппаратурой. И, в-третьих, что естественно, такая практическая деятельность студентов не может полностью осуществляться без
руководящего слова преподавателя. Несомненно, оптимальным будет сочетание использования натурных и виртуальных лабораторий в
образовательном процессе вуза с учетом присущих им достоинств и недостатков.
Вывод
Для реализации компетентностного подхода в учебном процессе необходимо внедрение активных и интерактивных форм обучения. В рамках курса «Общая и неорганическая химия» наиболее целесообразно сочетание реального и виртуального эксперимента, что позволяет студенту лучше изучить тот или иной химический процесс, а значит, глубже осмыслить изучаемые процессы и явления. Все это, несомненно, должно повысить качество химического образования, осуществляемое в нашем университете.
Литература
1. Белохвостов А.А., Аршанский Е.Я. Электронные средства обучения химии; разработка и методика использования. - Минск: Аверсэв, 2012. - 206 с.
2. Блажко Н.Н, Фаращук Н.Ф. Формирование информационной компетенции у студентов в процессе химического образования //Смоленский медицинский альманах. Педагогика высшей школы. Педагогическое проектирование и педагогические технологии. - Смоленск: Изд-во СГМУ, 2016. - № 2. - С. 9-14.
3. Гавронская Ю.Ю., Оксенчук В.В. Виртуальный учебный химический эксперимент как специфический метод обучения и познания // Методика преподавания химических и экологических дисциплин сборник научных статей VIII Международной научно-методической конференции. Брест, 26-27 ноября 2015 г. -Брест: БГТУ. - 2015. - С. 33-36.
4. Ли В.Г., Дроздов Ю.А. Виртуальные лаборатории как перспективные информационные технологии в учебном процессе // Известия Южного федерального университета. Технические науки. - 2003. - Т. 30. - № 1. - С. 221.
5. Савкина А.В., Савкина А.В., Федосин С.А. Виртуальные лаборатории в дистанционном обучении // Образовательные технологии и общество. - 2014.- Т. 17. - № 4. - С. 507-517.
6. Саданова Б.М., Олейникова А.В., Альберти И.В. и др. Применение возможностей виртуальных лабораторий в учебном процессе технического вуза // Молодой ученый. - 2016. - № 4. - С. 71 -74.
7. Трухин А.В. Виды виртуальных компьютерных лабораторий // Открытое и дистанционное образование. - 2003. - № 3. - C. 12-20.
