CC BY
66
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №4 (99) 2011
УДК 377+004 : [004.02+004.588] Д. Е. УЛЬТАН
Л. А. ЖАРКИХ Д. О. МАШКОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск
РАЗРАБОТКА ОБУЧАЮЩЕЙ
ИНФОРМАЦИОННОЙ
СИСТЕМЫ ПО ХИМИИ_______________________________
В данной работе излагаются основные идеи, положенные авторами в основу разработки компьютерной обучающей программы по химии.
Ключевые слова: обучение химии, обучающая программа.
На наш взгляд, применение компьютерных программ к обучению химии наряду с повышением мотивации обучения за счет использования компьютера, повышения уровня индивидуализации обучения и возможности организации оперативного контроля над усвоением знаний может быть также эффективно использовано для формирования основных понятий, необходимых для понимания микромира (строение атома и молекул, химическая связь и т. д.).
Известно, однако, что на данном этапе компьютерные технологии в преподавании химии в школе используются весьма редко. Т ому есть причины как объективного, так и субъективного характера.
Среди первого типа причин, безусловно, главными являются недостаточная обеспеченность общеобразовательных школ современными компьютерами и явно недостаточное количество соответствующих компьютерных программ. Т ем не менее процесс компьютеризации школ идет.
В качестве причины субъективного характера модно упоминать так называемую «компьютерофобию», которую приписывают учителям-предметни-кам. Этот фактор представляется надуманным. У учи-телей-предметников есть значительный интерес к использованию компьютерных технологий, причем независимо от возраста и стажа работы. Более важным является то, что современные образовательные стандарты дают учителю определенную свободу в выборе тем и расстановке акцентов при изложении преподаваемой им дисциплины. Опыт применения компьютерных технологий в обучении химии в школе [1—4] позволяет заключить, что для получения высокого обучающего эффекта важно их систематическое использование как на стадии изучения материала, так и на стадии оперативного контроля усвоения знаний, а для этого необходим широкий ассортимент педагогических программных средств (ППС).
Новые возможности, выявленные в результате анализа педагогической практики использования ППС, позволяют значительно улучшить учебно-воспитательный процесс. Особенно это касается предметов естественнонаучного цикла, в том числе химии, изучение которой связано с процессами, скрытыми от непосредственного наблюдения и потому трудно воспринимаемыми детьми. ППС позволяют визуализировать такие процессы, предоставляя одновременно с этим возможность многократного повторения и продвижения в обучении со скоростью, благоприятной
для каждого ребенка в достижении понимания того или иного учебного материала.
В результате проведенного среди преподавателей анкетирования, составленного по концепциям, взятым из [5], использование данных педагогических программных средств в обучении химии дает возможность:
1) индивидуализировать и дифференцировать процесс обучения за счет возможности изучения с индивидуальной скоростью усвоения материала;
2) осуществлять контроль с обратной связью, с диагностикой ошибок и оценкой результатов учебной деятельности;
3) осуществлять самоконтроль и самокоррекцию;
4) осуществлять тренировку в процессе усвоения учебного материала и самоподготовку учащихся;
5) визуализировать учебную информацию с помощью наглядного представления на экране ЭВМ данного процесса, в том числе скрытого в реальном мире;
6) проводить лабораторные работы в условиях имитации в компьютерной программе реального опыта или эксперимента;
7) формировать культуру учебной деятельности обучаемого и обучающего.
Таким образом, проведенные эксперименты по использованию обучающе-контролирующих программ в процессе обучения химии, показали целесообразность применения таких средств в учебном процессе и необходимость продолжения работы по их внедрению.
Использование компьютерных моделей позволяет раскрыть существенные связи изучаемого объекта, глубже выявить его закономерности, что, в конечном счете, ведет к лучшему усвоению материала. Ученик может исследовать явление, изменяя параметры, сравнивать полученные результаты, анализировать их, делать выводы. Например, задавая разные значения концентрации реагирующих веществ (в программе, моделирующей зависимость скорости химической реакции от различных факторов), учащийся может проследить за изменением объема выделяющегося газа и т.д.
Второе направление использования компьютера в обучении химии — контроль и обработка данных химического эксперимента. Компания 1ВМ разработала «Персональную научную лабораторию» (ПНЛ) — комплект компьютеров и программ для них, различных датчиков и лабораторного оборудования, позволяющий проводить различные эксперименты химического, химико-физического и химико-биологиче-
Рис. 1. Теоретический материал
ского направления. Такое использование компьютера полезно тем, что прививает учащимся навыки исследовательской деятельности, формирует познавательный интерес, повышает мотивацию, развивает научное мышление.
Третье направление использования информационных компьютерных технологий в процессе обучения химии — программная поддержка курса. Содержание программных средств учебного назначения, применяемых при обучении химии, определяется целями урока, содержанием и последовательностью подачи учебного материала.
При изучении химии учащиеся сталкиваются с объектами микромира буквально с первых уроков, и конечно же учебные компьютерные модели, моделирующие такие объекты, могут стать неоценимыми помощниками, например, при изучении строения атомов, типов химической связи, строения вещества, теории электролитический диссоциации, механизмов химической реакции, стереохимических представлений и т.д. Все эти перечисленные модели реализованы в программах «1С: Репетитор. Химия», ChemLand, CS Chem3D Pro, и др.
Модели химических реакций, лабораторных работ, химических производств, химических приборов (компьютерные модели макромира) реализованы в следующих программах: «Химия для всех - 2000», «Хим-Класс», ChemLab, IR and NMR Simulator и др. Подобные модели используются в тех случаях, когда нет возможности по каким-либо причинам осуществить лабораторные работы в реальных условиях и нет возможности в реальности познакомиться с изучаемыми технологическими процессами.
Однако некоторые программные продукты не лишены недостатков. Например, одним из главных недостатков программы «1С: Репетитор. Химия» является отсутствие диалога ученика с компьютером при усвоении им учебного материала и выполнении расчетных задач. Это затрудняет и ограничивает использование учителем данного компьютерного продукта в учебном процессе в школе.
Только органичное сотрудничество учителя информатики и учителя химии будет способствовать улучшению процесса обучения химии. На уроках информатики учащиеся изучают различные информационные технологии, представленные в пакете Microsoft Office. Например, учащиеся, изучая програм-
му PowerPoint, могут уже сами создать презентацию (миниучебник в виде слайдов) по отдельному материалу учебника химии. А для реализации возможности обучения, тестирования и контроля знаний учащихся используется встроенный в Microsoft Office язык программирования Visual Basic for Applications (VBA), который позволяет размещать на слайдах формы и элементы управления для ведения диалога (интерактивные мастер-шаблоны) [10]. Рассмотрим подробнее интерфейс некоторых обучающих программ по химии.
1С: Репетитор. Химия
Данное программное средство представляет собой комплекс для изучения химии, обладающий следующими характеристиками: наличие теоретического материала и тестов для проверки знаний. Пример теоретического материала изображен на рис. 1.
Из плюсов можно отметить, что если в материале встречается термин, который ранее изучался, то он показывается ссылкой, и при желании ученик может освежить свои знания, щелкнув по ссылке.
Пример тематического теста показан на рис. 2. Как видно, он включает в себя список фиксированных вопросов, который никогда не меняется, а также фиксированный список ответов на каждый вопрос. К минусам также можно отнести и то, что при тестировании невозможно попросить подсказку у компьютера. И при ответе на вопрос не всегда дается объяснение, почему это единственно верный ответ.
Программа не анализирует поведение ученика при решении задач, она не может должным образом гарантировать необходимый уровень знаний у обучаемого. Даже если, решив все задачи, ученик получит максимальную оценку, но при этом на половину вопросов он ответил наугад, данный результат нельзя засчитывать. Вот почему важно системе отслеживать пошаговое решение задачи обучаемым и анализировать его для последующей выдачи задач. Исходя из этого тезиса, задачи не могут быть одними и теми же. Напротив, задания должны формироваться исходя из результатов предыдущих задач.
ChemLand
В программе ChemLand реализованы следующие компоненты: инструменты для наглядного представления положений химии, инструменты для тестирования знаний ученика. Данный программный продукт является достаточно полезным при изучении химии, так как его графические средства эффективно могут
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №4 (99) 2011 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №4 (99) 2011
Рис. 2. Тестовое задание
Рис. 3. Ученик уравнивает коэффициенты
Рис. 4. Графическое представление квантовых чисел
донести теоретический материал до учеников, которые хорошо воспринимают информацию на конкретных примерах.
На рис. 3 — 6 представлены скриншоты работы программы. Как видно из рис. 3, обучаемый уравнивает коэффициенты в химической реакции путем
щелканья правой либо левой кнопкой мыши по соответствующему коэффициенту. Тестом либо контрольной работой это сложно назвать, однако, опять же, данный метод решения наглядно показывает решение задачи, так что данный инструмент оказался бы очень полезным для предварения тестов.
Рис. 5. Процесс электролиза в программе СЬешЬа^
Рис. 6. Представление распределений энергии по орбиталям
К недостаткам данной системы можно отнести отсутствие теоретического материала, материала для контроля знаний, а также полноценного анализа успеваемости ученика.
Исходя из всего вышеизложенного, можно сделать вывод, что все имеющиеся разработки в данной области несовершенны, так как на наш взгляд не удовлетворяют полностью всем критериям полноценной обучающей системы. Поэтому задача разработки обучающей системы по химии состоит в том, чтобы создать такую систему, которая будет соответствовать следующим требованиям:
1. Система должна иметь теоретический материал с графическими примерами для усвоения материала.
2. Система должна создавать задачи на пройденный материал. Решение задач должно происходить в двух режимах: автоматическом и самостоятельном. При автоматическом решении система решает задачу, давая пояснения по каждому шагу решения. При самостоятельном решении ученик решает задачу, а система отслеживает правильность решения, и при необходимости дает знать, где ошибка. Если ученик не знает, как решать дальше, он может воспользоваться подсказкой. Подсказка должна указывать, на что нужно обратить внимание, или какое правило вспомнить, чтобы сде-
лать следующий шаг в решении. Однако, если подсказка не помогает продвинуться в решении, ученик может запросить систему сделать следующий шаг за него, с объяснением. Если же сделанный системой шаг решения не помогает понять дальнейший ход, ученик может запросить систему решить дальше задачу до конца в автоматическом режиме. И система должна сделать все последующие шаги с объяснениями в автоматическом режиме.
3. Во время решения задачи учеником система должна пошагово отслеживать ход решения и запоминать, где и какую ошибку совершил ученик, накапливая, таким образом, базу ошибок. В дальнейшем, когда ученик займется решением задач, система должна сгенерировать задачи на основе базы ошибок этого ученика, чтобы закрепить материал.
Библиографический список
1. Возможности использования современных информационных технологий в преподавании тем «Химическая связь» и «Производство чугуна и стали» школьного курса химии / Н. П. Безрукова [и др.] // Информационные технологии в образовании : материалы VIII Межд. конф.-выставки. — М., 1998. — С. 18- 19.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №4 (99) 2011 МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ
МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №4 (99) 2011
2. Безруков, Р. А. «Орго8шк-2» - программа-оболочка для создания компьютерных тестов по химии» / Р. А. Безруков // Молодежь и химия : тезисы Всеросс. науч. конф. — Красноярск, 1998. — С. 140-141.
3. Безрукова, Н. П. Организация изучения темы «Химическая связь» с использованием компьютерных технологий в 8 и 11 классах / Н. П. Безрукова, Н. Д. Изместьева, Е. В Реди // Материалы Менделеевских чтений. — Тобольск, 1999. — С. 23-24.
4. Селевко, Г. К. Современные образовательные технологии / Г. К. Селевко. — М. : Народное образование, 1998. — 255 с.
5. Роберт, И. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы; перспективы использования / И. Роберт. — М. : Школа-Пресс, 1994. — 205 с.
УЛЬТАН Александр Ефимович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Прикладная информатика в экономике».
Адрес для перепискиіе-mail: ultan_ae@mail.ru ЖАРКИХ Лариса Александровна, кандидат педагогических наук, доцент (Россия), доцент кафедры химии и методики преподавания химии.
МАШКОВ Дмитрий Олегович, аспирант кафедры «Прикладная информатика в экономике».
Адрес для переписки: e-mail: ma6kov@gmail.com
Статья поступила в редакцию 28.10.2010 г.
© А. Е. Ультан, Л. А. Жарких, Д. О. Машков
УДК 37 012-7 И. Б. ГИЛЯЗОВА
О. Ю. МЕЛЬНИКОВА Т. А. УВАРОВА
Омский государственный педагогический университет Омский экономический институт Омская государственная медицинская академия
РАЗВИТИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МИРОВОЗЗРЕНИЯ КАК ЧАСТИ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО МИРОВОЗЗРЕНИЯ И НАУЧНОЙ КАРТИНЫ ПРИРОДЫ У СТУДЕНТОВ В ВУЗЕ___________________________________
В современных условиях экологическое мировоззрение является необходимым для формирования научного мировоззрения в целом. Для оценки общего уровня сформированности экологического мировоззрения нами разработан опросник, предназначенный для студентов высших учебных заведений, приведен пример использования различных форм, методов работы как аудиторной, так и внеаудиторной, создание в вузах научно-исследовательских центров для развития экологического мировоззрения как части естественнонаучного мировоззрения и научной картины природы.
Ключевые слова: научно-исследовательский центр, компоненты экологического мировоззрения, естественнонаучное мировоззрение, научная картина природы.
Изменившаяся за последние годы историческая, научная и образовательная ситуация в России потребовала переосмысления проблемы формирования естественнонаучного мировоззрения и развития научной картины природы в учебном процессе. В «Национальной доктрине образования в Российской Федерации» в качестве одной из приоритетных задач совершенствования обучения названа задача «формирования у детей и молодежи целостного миропонимания и современного научного мировоззрения».
Анализ научной литературы, посвященной различным аспектам процесса формирования естественнонаучного мировоззрения, показал, что развитие естественнонаучного мировоззрения у обучающихся всегда являлось одной из первостепенных задач в педагогической теории и практике. Однако предлага-
емые для ее решения подходы были до недавнего времени направлены на формирование и развитие такого естественнонаучного мировоззрения, которое понималось однозначно как марксистско-ленинское мировоззрение, считавшееся истинно научным и единственно верным. Сегодня понятно, что экологические проблемы являются глобальными, требующими усилий всего мирового сообщества. В нынешней ситуации, когда пересматривается само понятие «естественнонаучное мировоззрение», изменяются и подходы к решению проблемы его формирования в образовательном процессе.
Высшее образование направлено на формирование научной картины природы у студентов, грамотное поведение и применение полученных знаний в своей жизнедеятельности. В современных условиях
