Virtuální práce v chemii. Virtuální laboratoře pro dálkové studium, univerzity a školy

Vizualizace je jednou z nejúčinnějších výukových metod, která pomáhá mnohem snadněji a hlouběji porozumět podstatě různých jevů, ne nadarmo se názorné pomůcky používají již od pradávna. Vizualizace a modelování jsou užitečné zejména při studiu dynamických, časově proměnných objektů a jevů, které mohou být obtížně pochopitelné při pohledu na jednoduchý statický obrázek v běžné učebnici. Laboratorní práce a výukové experimenty jsou nejen užitečné, ale také velmi zajímavé - samozřejmě při vhodné organizaci.

Ne všechny vzdělávací experimenty mohou nebo by měly být prováděny v „reálném“ režimu. Není divu, že se do této oblasti rychle dostaly technologie počítačového modelování. Nyní je na trhu řada softwarových balíčků určených k provádění virtuálních vzdělávacích experimentů. Tato recenze prozkoumá relativně nový aspekt takových řešení: virtuální online laboratoře. S jejich pomocí můžete provádět počítačové experimenty, aniž byste museli kupovat další programy, a v jakoukoli vhodnou dobu byste měli přístup k internetu.

Ve vývoji moderních síťových projektů tohoto druhu je nyní pozorováno několik trendů. Prvním je rozptýlení značného množství zdrojů. Spolu s velkými projekty, které hromadí značné množství obsahu, existuje mnoho stránek, které obsahují malý počet laboratoří. Druhým trendem je přítomnost jak multioborových projektů nabízejících laboratoře pro různé oblasti vědění, tak i tematických specializovaných projektů. Nakonec je třeba poznamenat, že laboratoře věnované přírodním vědám jsou nejlépe zastoupeny online. Skutečně: fyzikální experimenty obecně mohou být velmi nákladné, ale počítačová laboratoř vám umožňuje nahlédnout do zákulisí složitých procesů. Chemie také prospívá: není potřeba kupovat skutečná činidla, laboratorní vybavení a nemusíte se bát, že byste v případě chyby něco zkazili. Neméně úrodným polem pro virtuální laboratorní workshopy je biologie a ekologie. Není žádným tajemstvím, že detailní studium biologického objektu často končí jeho smrtí. Ekologické systémy jsou velké a složité, takže použití virtuálních modelů umožňuje zjednodušit jejich vnímání.

Naše recenze zahrnuje několik nejzajímavějších online projektů, jak multidisciplinárních, tak tematických. Všechny webové zdroje v této recenzi jsou stránky s otevřeným a bezplatným přístupem.

VirtuLab

Zdroj VirtuLab je největší sbírka virtuálních zkušeností v různých akademických disciplínách na moderním RuNetu. Hlavní jednotkou sbírky je virtuální experiment. Z technického hlediska se jedná o interaktivní video vytvořené pomocí Adobe Flash. Některé laboratoře jsou provedeny v trojrozměrné grafice. Abyste s nimi mohli pracovat, budete si muset nainstalovat Adobe Shockwave Player s doplňkem Havok Physics Scene. Tento doplněk najdete na director-online.com. Výsledný archiv musíte rozbalit do adresáře Xtras vašeho Adobe Shockwave Player, který se nachází v systémovém adresáři Windows.

Zdroj VirtuLab je největší sbírka virtuálních online
laboratořív Rusku

Každé video umožňuje provést experiment, který má vzdělávací účel a jasný úkol. Uživateli jsou nabídnuty všechny nástroje a předměty potřebné k získání výsledku. Úkoly a tipy se zobrazují jako textové zprávy. Videa VirtuLab mají silný vzdělávací aspekt, například pokud uživatel udělá chybu, systém mu nepustí dál, dokud chybu neopraví.

Sbírka experimentů VirtuLab je poměrně rozsáhlá a pestrá. VirtuLab nemá vlastní vestavěný vyhledávač, takže abyste našli experiment, který potřebujete, stačí procházet sekcemi katalogu. Archiv je rozdělen do čtyř hlavních bloků: „Fyzika“, „Chemie“, „Biologie“ a „Ekologie“. V jejich rámci jsou užší tematické sekce. Zejména pro fyziku se jedná o sekce této disciplíny. Nechybí experimenty k seznámení s mechanikou, elektrickými a optickými jevy. Řada laboratoří je navržena ve 3D grafice, což pomáhá demonstrovat různé experimenty: od experimentů s dynamometry po refrakci a další optické efekty.

V „Biologii“ byly základem rozdělení třídy školního vzdělávacího programu. Náplň úkolů zde může být velmi různá. Existují tedy úkoly pro studium strukturních rysů různých živých organismů (například stavebnice pro sestavení všech druhů organismů z navržených „částí“) a úkoly, které simulují práci s mikroskopem a s preparáty různých tkání.

Web PhET je multidisciplinární sbírka Java appletů,
se kterými můžete pracovat jak online, tak na vašem lokálním počítači

Samostatně, v sekci Špičkový výzkum, jsou zvýrazněny ukázky věnované nejnovějšímu výzkumu. Nové položky se v archivu objevují pravidelně, věnuje se jim sekce Noví Simíci.

Věnujte pozornost podsekci Přeložení Simíci. Tato stránka obsahuje seznam všech jazyků, do kterých byly přeloženy nabízené virtuální laboratoře. Je mezi nimi i Rus – takových experimentů je tu dnes přesně padesát. Je zvláštní, že počet demonstrací v angličtině, srbštině a maďarštině je téměř stejný. Pokud chcete, můžete se zúčastnit překladatelských ukázek. Pro tento účel je nabízena speciální aplikace PhET Translation Utility.

Co jsou ukázky PhET a kdo z nich může mít prospěch? Jsou postaveny na technologii Java. To vám umožní spouštět experimenty online, stahovat applety do místního počítače a vkládat je na jiné webové stránky jako widgety. Všechny tyto možnosti jsou uvedeny na každé ukázkové stránce PhET.

Všechny experimenty PhET jsou interaktivní. Obsahují jeden nebo více úkolů a také soubor všech prvků nezbytných k jejich vyřešení. Vzhledem k tomu, že řešení je obvykle dostatečně podrobně vysvětleno v textových poznámkách, je hlavním účelem ukázek vizualizace a vysvětlení efektů, nikoli testování znalostí a dovedností uživatele. Jedna z ukázek chemické sekce tedy navrhuje vyrobit molekuly z navrhovaných atomů a podívat se na trojrozměrnou vizualizaci výsledku. V biologické části je kalkulačka pro bilanci spotřeby kalorií člověka během dne: můžete uvést druhy a množství zkonzumovaného jídla a také množství fyzického cvičení. Pak už zbývá jen pozorovat změny u experimentálního „malého človíčka“ daného věku, výšky a počáteční hmotnosti. Sekce matematiky se může pochlubit velmi užitečnými nástroji pro vykreslování různých funkcí, aritmetické hry a další zajímavé aplikace. Sekce fyziky nabízí širokou škálu „laboratoří“ demonstrujících nejrůznější jevy – od jednoduchého pohybu až po kvantové interakce.

PhET
Školní známka: 4
Jazyk rozhraní: Angličtina, ruština k dispozici
Vývojář: University of Colorado
Webová stránka: phet.colorado.edu

Projekt demonstrace Wolfram

Velmi cenným zdrojem online laboratoří je multidisciplinární projekt Wolfram Demonstrations Project. Cílem projektu je názorně demonstrovat koncepty moderní vědy a techniky. Wolfram tvrdí, že je jedinou platformou pro vytvoření jednotného katalogu online interaktivních laboratoří. To podle jeho vývojářů umožní uživatelům vyhnout se problémům spojeným s používáním heterogenních výukových zdrojů a vývojových platforem.

Katalog Wolfram Demonstrations Project obsahuje více než 7 tis.
virtuální laboratoře

Tato stránka je součástí velkého internetového projektu Wolfram. Wolfram Demonstrations Project má v současnosti působivý katalog více než 7 000 interaktivních ukázek.

Technologickým základem pro vytváření laboratoří a demonstrací je balíček Wolfram Mathematica. Pro zobrazení ukázek si budete muset stáhnout a nainstalovat speciální CDF Player Wolfram, který má velikost něco málo přes 150 MB.

Katalog projektů se skládá z 11 hlavních sekcí týkajících se různých odvětví vědění a lidské činnosti. Jsou zde velké fyzikální, chemické a matematické sekce a také sekce věnované technologii a strojírenství. Biologické vědy jsou dobře zastoupeny. Úrovně složitosti modelů, stejně jako úrovně prezentace, jsou velmi odlišné. Katalog obsahuje poměrně složité ukázky zaměřené na vysokoškolské vzdělávání, mnoho laboratoří se věnuje ilustraci nejnovějších vědeckých úspěchů. Zároveň má stránka i sekce určené dětem. Jistou nepříjemností může být jazyková bariéra: projekt Wolfram je v současnosti čistě anglický. V ukázkách a laboratořích je však málo textu, ovládací nástroje jsou poměrně jednoduché a jsou snadno srozumitelné bez výzev.

Neexistují žádné konkrétní úkoly ani kontrola jejich provádění. Obsah však nelze jednoduše nazvat prezentacemi nebo videi. V demoverzích Wolfram je poměrně dost interaktivity. Téměř všechny mají nástroje, které pomáhají měnit parametry reprezentovaných objektů, a tím na nich provádět virtuální experimenty. To přispívá k hlubšímu pochopení demonstrovaných procesů a jevů.

Projekt demonstrace Wolfram
Školní známka: 4
Jazyk rozhraní: Angličtina
Vývojář: Wolfram Demonstrations Project & Contributors
Webová stránka: demonstrace.wolfram.com

Chemická laboratoř IrYdium

Kromě „multi-odvětvových“ projektů na moderním webu existuje mnoho specializovaných online laboratoří věnovaných určitým vědám. Začněme The ChemCollective, projektem věnovaným studiu chemie. Obsahuje spoustu tematických materiálů v angličtině. Jednou z jeho nejzajímavějších sekcí je vlastní virtuální laboratoř s názvem IrYdium Chemistry Lab. Jeho struktura se výrazně liší od všech výše diskutovaných projektů. Faktem je, že zde nejsou nabízeny žádné konkrétní, konkrétní experimenty s vlastními úkoly. Místo toho je uživateli poskytnuta téměř úplná svoboda jednání.

Online chemická laboratoř IrYdium je jiná
vysoká flexibilita v nastavení a provozu

Laboratoř byla vytvořena ve formě Java appletu. Mimochodem, lze jej stáhnout a spustit na místním počítači - odpovídající odkaz ke stažení se nachází na hlavní stránce projektu.

Rozhraní appletu je rozděleno do několika zón. Uprostřed je pracovní plocha, ve které se zobrazuje průběh experimentu. Pravý sloupec je jakýmsi „dashboardem“ – zobrazuje informace o probíhajících reakcích: teplotu, kyselost, molaritu a další pomocné údaje. Na levé straně appletu je tzv. „Reagent Warehouse“. Jedná se o sadu všech druhů virtuálních činidel vytvořených ve formě hierarchického stromu. Najdete zde kyseliny, zásady, indikátorové látky a vše ostatní, co experimentální chemik potřebuje. Pro práci s nimi je nabízen dobrý výběr různého laboratorního skla, hořáku, vah a dalšího vybavení. Díky tomu má uživatel k dispozici dobře vybavenou laboratoř s velmi omezenými možnostmi experimentování.

Protože zde nejsou žádné konkrétní úkoly, experimenty se provádějí způsobem, který je pro uživatele nezbytný a zajímavý. Zbývá pouze vybrat potřebné látky, sestavit experimentální sestavu pomocí navrženého virtuálního zařízení a zahájit reakci. Je velmi výhodné, že výslednou látku lze přidat do sbírky činidel pro použití v následujících experimentech.

Obecně se ukázalo, že jde o zajímavý a užitečný zdroj, vyznačující se vysokou flexibilitou použití. Pokud vezmeme v úvahu přítomnost téměř kompletního ruského překladu programu, pak se IrYdium Chemistry Lab může stát velmi užitečným nástrojem pro zvládnutí základních chemických znalostí.

Chemická laboratoř IrYdium
Školní známka: 5
Jazyk rozhraní: ruská angličtina
Vývojář: ChemCollective
Webová stránka: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

„Virtuální laboratoř“ learnmen.ru

Toto je druhý ruský projekt v naší recenzi. Tento zdroj se specializuje na fyzikální jevy. Rozsah virtuálních laboratoří není omezen pouze na školní vzdělávací program. Online zážitky, které nabízejí, vyvinuté specialisty z Čeljabinské státní univerzity, jsou vhodné nejen pro školáky, ale i pro studenty. Z technického hlediska je tento prostředek kombinací Flash a Java, takže budete muset předem zkontrolovat aktualizace virtuálního stroje Java na vašem počítači.

Úkoly projektu „Virtuální laboratoř“ jsou různé
vyšší obtížnost

Konstrukce laboratoří je zde schematická a přísná. Zdá se, jako by se objevovaly svérázné animované obrázky z učebnice. To je zdůrazněno dostupností materiálů určených k doplnění školení. Hlavní důraz je při takovýchto experimentech kladen na provádění konkrétních úkolů a testování znalostí uživatele.

Katalog projektů zahrnuje tucet hlavních tematických sekcí – od mechaniky po atomovou a jadernou fyziku. Každá z nich obsahuje až deset odpovídajících interaktivních virtuálních laboratoří. Nabízeny jsou také ilustrované poznámky z přednášek, některé s vlastními virtuálními experimenty.

Pracovní prostředí experimentátora je zde reprodukováno poměrně pečlivě. Zařízení jsou demonstrována ve formě diagramů, navrhuje se sestavit grafy a vybrat odpovědi z dostupných možností. Experimenty ve „Virtuální laboratoři“ jsou složitější než ve VirtuLabu. Sbírka zdrojů zahrnuje experimenty v atomové a jaderné fyzice, laserové fyzice a také „konstruktor atomů“, který nabízí sestavení atomu z různých elementárních částic. Probíhají experimenty s nalezením a neutralizací zdroje záření, studiem vlastností laserů. Kromě toho existují i ​​„mechanické“ laboratoře zaměřené především na školáky.

Online Labs v

Kromě velkých zdrojů s desítkami a stovkami virtuálních experimentálních stránek na internetu existuje mnoho malých stránek nabízejících řadu zajímavých experimentů na určité, obvykle úzké téma.

Dobrý výchozí bod při hledání malých virtuálů
laboratoříschopný stát se projektem Online Labs

V takové situaci, aby bylo možné najít potřebné ukázky, budou jistě užitečné katalogové projekty, které shromažďují a systematizují odkazy na takové stránky. Dobrým výchozím bodem mohou být online laboratoře v adresáři (onlinelabs.in). Tento zdroj shromažďuje a systematizuje odkazy na projekty nabízející volně přístupné online experimenty a laboratoře v různých odvětvích vědy. Pro každou vědu existuje odpovídající sekce. Oblastí zájmu projektu jsou především fyzika, chemie a biologie. Tyto sekce jsou největší a nejlépe aktualizované. Kromě toho se postupně plní ty, které se věnují anatomii, astronomii, geologii a matematice. Každá sekce obsahuje odkazy na příslušné internetové zdroje se stručným shrnutím v angličtině popisujícím účel konkrétní laboratoře.

„Virtuální laboratoř“ learnmen.ru
Školní známka: 3
Jazyk: ruština
Vývojář:Čeljabinská státní univerzita
Webová stránka:

Globální vzdělávání a vědecký proces se v posledních letech tak jasně mění, ale z nějakého důvodu se méně mluví o průlomových inovacích a příležitostech, které otevírají, a více o skandálech místních zkoušek. Mezitím podstatu vzdělávacího procesu krásně odráží anglické přísloví „Můžeš dovést koně k vodě, ale nemůžeš ho přimět pít“.

Moderní školství žije v podstatě dvojím životem. V jeho úředním životě probíhá program, předpisy, zkoušky, „nesmyslný a nemilosrdný“ boj o skladbu předmětů ve školním kurzu, vektor úředního postavení a kvalitu vzdělání. A v jeho reálném životě se zpravidla koncentruje vše, co moderní vzdělávání představuje: digitalizace, eLearning, Mobile Learning, školení prostřednictvím Coursera, UoPeople a dalších online institucí, webináře, virtuální laboratoře atd. To vše se prozatím nestalo součástí obecně uznávaného globálního vzdělávacího paradigmatu, ale lokálně již probíhá digitalizace vzdělávání a výzkumné práce.

Školení MOOC (Massive Open Online Courses, hromadné přednášky z otevřených zdrojů) je vynikající pro přenos myšlenek, vzorců a dalších teoretických znalostí v lekcích a přednáškách. K úplnému zvládnutí mnoha disciplín je však zapotřebí také praktický výcvik – digitální učení „pocítilo“ tuto evoluční potřebu a vytvořilo novou „formu života“ – virtuální laboratoře, vlastní pro školní a vysokoškolské vzdělávání.

Známý problém eLearningu: vyučují se převážně teoretické předměty. Snad další etapou rozvoje online vzdělávání bude pokrytí praktických oblastí. A to se bude dít dvěma směry: prvním je smluvní delegování praxe na fyzicky existující univerzity (například v případě medicíny) a druhým je rozvoj virtuálních laboratoří v různých jazycích.

Proč potřebujeme virtuální laboratoře nebo virtuální laboratoře?

• Připravit se na skutečnou laboratorní práci.
• Pro školní třídy, pokud jsou vhodné podmínky, materiály, činidla a vybavení nejsou k dispozici.
• Pro dálkové studium.
• Pro samostatné studium oborů jako dospělý nebo společně s dětmi, protože mnoho dospělých z toho či onoho důvodu cítí potřebu „vzpomenout si“ na to, co se ve škole nikdy nenaučili nebo neporozuměli.
• Pro vědeckou práci.
• Pro vysokoškolské vzdělání s důležitou praktickou složkou.

Typy virtuálních laboratoří. Virtuální laboratoře mohou být dvourozměrné nebo 3D; nejjednodušší pro žáky základních škol a komplexní, praktický pro studenty středních a vysokých škol, studenty a učitele. Jejich vlastní virtuální laboratoře jsou vyvinuty pro různé obory. Nejčastěji se jedná o fyziku a chemii, ale existují i ​​docela originální, například virtuální laboratoř pro ekology.

Obzvláště seriózní univerzity mají své vlastní virtuální laboratoře, například Samara State Aerospace University pojmenovaná po akademikovi S. P. Korolevovi a Berlínský institut Maxe Plancka pro dějiny vědy (MPIWG). Připomeňme, že Max Planck je německý teoretický fyzik, zakladatel kvantové fyziky. Virtuální laboratoř ústavu má dokonce oficiální stránky. Prezentaci můžete zhlédnout pomocí tohoto odkazu Virtuální laboratoř: Nástroje pro výzkum historie experimentalizace. Online laboratoř je platformou, kde historici publikují a diskutují o svých výzkumech na téma experimentování v různých oblastech vědy (od fyziky po medicínu), umění, architektury, médií a technologií. Obsahuje také ilustrace a texty o různých aspektech experimentální činnosti: přístroje, průběh experimentů, filmy, fotografie vědců atd. Studenti si mohou v této virtuální laboratoři vytvořit vlastní účet a přidávat vědecké práce k diskusi.

Virtuální laboratoř Institutu Maxe Plancka pro dějiny vědy

portál Virtulab

Bohužel, výběr ruskojazyčných virtuálních laboratoří je stále malý, ale je to otázka času. Rozšíření eLearningu mezi žáky a studenty, masivní pronikání digitalizace do vzdělávacích institucí tak či onak vytvoří poptávku a pak začnou masivně rozvíjet krásné moderní virtuální laboratoře v různých oborech. Naštěstí již existuje poměrně rozvinutý specializovaný portál věnovaný virtuálním laboratořím - Virtulab.Net. Nabízí docela pěkná řešení a pokrývá čtyři obory: fyziku, chemii, biologii a ekologii.

Virtuální laboratoř 3D pro fyziku Virtulab .Net

Virtuální inženýrská praxe

Virtulab.Net zatím neuvádí strojírenství mezi svými specializacemi, ale uvádí, že virtuální laboratoře fyziky, které tam hostují, mohou být užitečné i při distančním inženýrském vzdělávání. Koneckonců například k sestavení matematických modelů je nutné hluboké pochopení fyzikální podstaty modelování objektů. Obecně mají inženýrské virtuální laboratoře obrovský potenciál. Inženýrské vzdělávání je z velké části zaměřeno na praxi, ale takové virtuální laboratoře se na univerzitách stále používají jen zřídka, protože trh s digitálním vzděláváním v oblasti inženýrství je málo rozvinutý.

Problémově orientované vzdělávací komplexy systému CADIS (SSAU). K posílení školení technických specialistů vyvinula Samara Aerospace University pojmenovaná po Koroljově vlastní inženýrskou virtuální laboratoř. Centrum nových informačních technologií (CNIT) SSAU vytvořilo „Problémově orientované vzdělávací komplexy systému CADIS“. Zkratka CADIS znamená „systém komplexů automatizovaných výukových nástrojů“. Jedná se o speciální učebny, kde se konají virtuální laboratorní workshopy na téma pevnost materiálů, stavební mechanika, optimalizační metody a geometrické modelování, konstrukce letadel, nauka o materiálech a tepelné zpracování a další technické obory. Některé z těchto workshopů jsou volně dostupné na serveru Ústředního vědeckovýzkumného ústavu SSAU. Virtuální učebny obsahují popisy technických objektů s fotografiemi, schématy, odkazy, nákresy, videem, zvukem a flash animacemi s lupou pro zkoumání malých detailů virtuální jednotky. Je zde také možnost selfmonitoringu a školení. Toto jsou komplexy virtuálního systému CADIS:

• Nosník - komplex pro analýzu a konstrukci diagramů nosníků v průběhu pevnosti materiálů (strojírenství, konstrukce).
• Konstrukce - komplex metod pro navrhování silových obvodů strojních konstrukcí (strojírenství, konstrukce).
• Optimalizace - komplex matematických metod optimalizace (kurzy CAD ve strojírenství, stavebnictví).
• Spline je komplex interpolačních a aproximačních metod v geometrickém modelování (CAD kurzy).
• I-beam - komplex pro studium zákonitostí silové práce tenkostěnných konstrukcí (strojírenství, stavebnictví).

• Chemik - soubor komplexů v chemii (pro SŠ, odborná lycea, přípravné kurzy pro VŠ).
• Organické - komplexy v organické chemii (pro vysoké školy).
• Polymer - komplexy o chemii vysokomolekulárních sloučenin (pro univerzity).
• Constructor of Molecules - simulátorový program „Konstruktor molekul“.
• Matematika - komplex elementární matematiky (pro uchazeče o VŠ).
• Tělesná výchova je komplex na podporu teoretických kurzů tělesné výchovy.
• Hutník - komplex hutnictví a tepelného zpracování (pro vysoké školy a technické školy).
• Zubrol - komplex o teorii mechanismů a částí strojů (pro univerzity a technické školy).

Virtuální nástroje na Zapisnyh.Narod.Ru. V inženýrském vzdělávání bude velmi užitečný web Zapisnyh.Narod.Ru, kde si můžete zdarma stáhnout virtuální nástroje na zvukové kartě, které otevírají široké možnosti pro vytváření zařízení. Určitě zaujmou učitele a budou užitečné při přednáškách, ve vědecké práci i v laboratorních dílnách přírodních a technických oborů. Rozsah virtuálních nástrojů zveřejněných na webu je působivý:

• kombinovaný nízkofrekvenční generátor;
• dvoufázový nízkofrekvenční generátor;
• osciloskopový záznamník;
• osciloskop;
• měřič frekvence;
• AC charakterograf;
• technolog;
• elektrometr;
• R, C, L metr;
• domácí elektrokardiograf;
• kapacitní a ESR odhadce;
• chromatografické systémy KhromProtsessor-7-7M-8;
• zařízení pro kontrolu a diagnostiku závad quartzových hodinek apod.

Jeden z virtuálních inženýrských nástrojů z webu Zapisnyh.Narod.Ru

virtuální laboratoře fyziky

Ekologická virtuální laboratoř na Virtulab .Net. Environmentální laboratoř portálu řeší jak obecnou problematiku vývoje Země, tak jednotlivé zákony.

1

Je popsána metodika tvorby laboratorních prací v chemii pomocí virtuálních laboratoří. Tvorba virtuální laboratorní práce se skládá z fází stanovení cílů laboratorní práce, výběru virtuální laboratoře, identifikace schopností virtuálního simulátoru, úpravy cílů, stanovení obsahu a didaktických úkolů, sestavení scénáře, testování, oprav skript, posouzení a analýza spolehlivosti procesu a výsledku virtuálního experimentu v porovnání s plným rozsahem, vypracování metodických doporučení. Je prezentován model metodiky tvorby virtuální laboratorní práce v chemii. Byl objasněn pojmový a terminologický aparát v oblasti výzkumu: jsou uvedeny definice virtuální laboratorní práce v chemii, virtuální chemická laboratoř a virtuální chemický experiment. Jsou ukázány způsoby využití virtuální laboratorní práce v chemii při studiu na vysoké škole: při studiu nového materiálu, při upevňování znalostí, při přípravě na plnohodnotnou laboratorní práci jak ve třídě, tak v mimoškolních samostatných činnostech.

chemický výcvik

virtuální laboratoře

virtuální experiment

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. Elektronické prostředky pro výuku chemie; vývoj a způsoby použití. – Minsk: Aversev, 2012. – 206 s.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. Virtuální laboratorní práce v interaktivní výuce fyzikální chemie // Novinky Ruské státní pedagogické univerzity. A.I. Herzen. – 2014. – č. 168. – S.79–84.

3. GOST 15971–90. Systémy zpracování informací. Termíny a definice. - Místo GOST 15971-84; vstup 01/01/1992. - M.: Nakladatelství norem, 1991. – 12 s.

4. Morozov, M. N. Vývoj virtuální chemické laboratoře pro školní výuku // Vzdělávací technologie a společnost. – 2004. – T 7, č. 3. – P 155-164.

5. Pak, M. S. Teorie a metodika výuky chemie: učebnice pro vysoké školy. – Petrohrad: Nakladatelství Ruské státní pedagogické univerzity pojmenované po. A.I. Herzen, 2015. – 306 s.

6. Federální státní vzdělávací standard vyššího odborného vzdělávání v oblasti přípravy 050100 Pedagogické vzdělání (kvalifikace (titul) „bakalář“) (schváleno nařízením Ministerstva školství a vědy Ruské federace ze dne 22. prosince 2009 č. 788 ) (ve znění ze dne 31. května 2011 .) [Elektronický zdroj]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (datum přístupu: 10/03/15).

7. Virtuální laboratoř / ChemCollective. Online zdroje pro výuku a učení chemie [Elektronický zdroj]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (datum přístupu: 10/03/15).

Virtuální chemické laboratoře, virtuální experiment, virtuální laboratorní práce v chemii jsou perspektivní oblastí chemického vzdělávání, přirozeně přitahující pozornost studentů i učitelů. Relevance zavádění virtuálních laboratoří do vzdělávací praxe je dána jednak informačními výzvami doby, jednak regulačními požadavky na organizaci školení, tedy vzdělávacími standardy. Za účelem implementace přístupu založeného na kompetencích umožňují současné federální státní vzdělávací standardy vysokoškolského vzdělávání ve vzdělávacím procesu široké využití aktivních a interaktivních forem vedení hodin, včetně počítačových simulací, v kombinaci s mimoškolní prací s cílem vytvořit a rozvíjet odborné dovednosti studentů.

V této oblasti je z hlediska prevalence a poptávky lídrem „Chemie 8-11 ročníků – Virtuální laboratoř“ MarSTU, určená pro školáky a uchazeče; Známé jsou také interaktivní praktické práce a experimenty v chemii VirtuLab (http://www.virtulab.net/). Na úrovni vysokoškolského vzdělávání mezi ruskojazyčné zdroje na vzdělávacím trhu patří virtuální chemické laboratoře ENK, vlastní (a zpravidla uzavřený) vývoj univerzit a řada zdrojů v cizích jazycích. Popisy dostupných virtuálních laboratoří v chemii byly uvedeny vícekrát a jejich seznam bude jistě rozšířen. Virtuální laboratoře sebevědomě zaujímají své místo v praxi výuky chemie a chemických oborů, zároveň se teprve začínají rýsovat teoretické a metodologické základy jejich využití a vytváření virtuálních laboratorních prací na jejich základě. Ani pojem „virtuální laboratorní práce v chemii“ dosud nedostal podloženou definici, která by přesně vyjadřovala vztah s jinými pojmy, včetně pojmu virtuální laboratoř ve výuce chemie a virtuální chemický experiment.

Pro objasnění pojmového a terminologického aparátu používáme jako východisko pojem „chemický experiment“, používaný ve vědní oblasti teorie a vyučovacích metod. Chemický experiment je specifickým prostředkem výuky chemie, slouží jako zdroj a nejdůležitější metoda poznání, seznamuje studenty nejen s předměty a jevy, ale také s metodami chemické vědy. V procesu chemického experimentu studenti získají schopnost pozorovat, analyzovat, vyvozovat závěry a manipulovat s vybavením a činidly. Jedná se o: demonstrace a student/studentský experiment; experimenty (pomoc při studiu jednotlivých aspektů chemického objektu), laboratorní práce (soubor laboratorních experimentů umožňuje studovat mnoho aspektů chemických objektů a procesů), praktická cvičení, laboratorní workshop; domácí experiment, výzkumný experiment atd. Chemický experiment může být plnohodnotný, mentální a virtuální. „Virtuální“ znamená „možné bez fyzického ztělesnění“; virtuální realita - imitace reálné situace pomocí počítačových zařízení; používané především pro vzdělávací účely; v tomto ohledu se virtuální experiment někdy nazývá simulační nebo počítačový experiment. Podle současné GOST je „virtuální“ definice, která charakterizuje proces nebo zařízení v systému zpracování informací, který se zdá, že skutečně existuje, protože všechny jeho funkce jsou implementovány nějakými jinými prostředky; široce používané v souvislosti s používáním telekomunikací. Virtuální chemický experiment je tedy typem vzdělávacího experimentu v chemii; jeho hlavním rozdílem od plnohodnotného je skutečnost, že prostředkem k demonstraci či modelování chemických procesů a jevů je výpočetní technika, při jejím provádění student pracuje s obrázky látek a komponent zařízení, které reprodukují vzhled a funkce reálných předmětů , tedy využívá virtuální laboratoř. Virtuální laboratoř ve výuce chemie chápeme jako počítačovou simulaci výukové chemické laboratoře, která plní svou hlavní funkci - provádění chemického experimentu pro výukové účely. Technicky je fungování virtuální laboratoře zajištěno hardwarovým a softwarovým vybavením počítače, didakticky - věcně a metodologicky zdůvodněným systémem předpokladů o průběhu studovaného chemického procesu nebo projevech vlastností chemického objektu, na základě která z možných možností reakce virtuální laboratoře na akce uživatele je vyvinuta. Virtuální laboratoř působí jako prvek high-tech informačního vzdělávacího prostředí, je prostředkem k vytváření a provádění virtuálního experimentu. Virtuální laboratorní práce v chemii je virtuální chemický experiment ve formě souboru experimentů spojených společným cílem studovat chemický objekt nebo proces.

Podívejme se na metodiku tvorby virtuální laboratorní práce v chemii (její model je na obrázku 1) na konkrétním příkladu laboratorní práce na téma „Řešení“.

Rýže. 1. Model metodiky tvorby virtuální laboratorní práce v chemii

Tvorba virtuální laboratorní práce se skládá z fází stanovení cílů laboratorní práce, výběru virtuální laboratoře, identifikace schopností virtuálního simulátoru, úpravy cílů, definování smysluplných a didaktických úkolů, sestavení scénáře, testování, hodnocení a analýza spolehlivosti procesu a výsledku virtuálního experimentu v porovnání se skutečným, scénář korekce a příprava metodických doporučení.

Etapa stanovení cílů zahrnuje proces výběru cílů plánované laboratorní práce se stanovením limitů přípustných odchylek k dosažení vzdělávacího výsledku co nejúčinnějšími a nejpřijatelnějšími prostředky s přihlédnutím k materiálním, technickým, časovým, lidským zdrojům, např. stejně jako osobní a věkové charakteristiky studentů. V našem příkladu bylo cílem připravit roztoky a studovat jejich vlastnosti; Práce je určena pro samostatnou mimoškolní vzdělávací činnost žáků. Téma řešení je pokryto většinou univerzitních kurzů chemie, navíc dovednosti přípravy a práce s roztoky jsou žádané v každodenním životě a téměř v jakékoli profesní činnosti. Mezi cíle práce proto patřilo: upevnění dovedností vypočítat molární a procentuální koncentraci roztoku, potřebné množství látky a rozpouštědla pro přípravu roztoku o dané koncentraci; vývoj algoritmu a techniky operací pro přípravu roztoků (vážení látek, měření objemu atd.); studium jevů probíhajících při rozpouštění - uvolňování nebo absorpce tepla, disociace, změna elektrické vodivosti, změna pH prostředí atd.

Fáze výběru virtuální laboratoře. Výběr virtuální laboratoře je dán řadou okolností: způsobem přístupu ke zdroji, finančními podmínkami pro jeho použití, jazykem a složitostí rozhraní a samozřejmě obsahem, tedy schopnostmi, které tato laboratoř poskytuje nebo neposkytuje uživateli k dosažení cílů plánované laboratorní práce. Zaměřili jsme se na laboratoře s otevřeným volným přístupem, pro práci, se kterou by stačily počítačové dovednosti na uživatelské úrovni, zpočátku jsme opustili laboratoře s nízkou mírou interaktivity, tedy umožňující pouze pasivní pozorování chemických zkušeností. Po prostudování několika projektů, jak multidisciplinárních, tak tematických, jsme došli k závěru, že žádná z nám známých laboratoří plně nesplňuje požadavky, a to: umožnit studentovi připravit roztok o dané koncentraci za použití předem vypočítaných množství rozpuštěné látky a rozpouštědla prováděním operací vážení, měřením objemu, rozpouštěním, ujištěním se, že příprava je správná, a také sledováním procesů provázejících rozpouštění. Přesto jsme se rozhodli pro virtuální laboratoř IrYdiumChemistryLab, jejíž výhodou je možnost zasahovat do programu a navrhnout si vlastní virtuální experiment.

Identifikace schopností virtuálního simulátoru vybrané laboratoře ukázala následující. Pokud jde o sadu činidel, existují roztoky různých koncentrací (19 MNaOH, 15 MHClO4 a další), voda jako nejdůležitější rozpouštědlo, ale prakticky žádné pevné látky; aplikace Authoring Tool vám však umožňuje zavádět do laboratoře další činidla s využitím termodynamických charakteristik látek. Součástí vybavení je sada měřícího skla různého stupně přesnosti (válce, pipety, byrety), analytické váhy, pH metr, teplotní senzor, topné těleso a také applet demonstrující koncentraci částic v roztoku. Schopnost studovat takové charakteristiky roztoku, jako je elektrická vodivost, viskozita a povrchové napětí, není poskytována. Procesy ve virtuální laboratoři probíhají ve velmi krátkém čase, což omezuje studium rychlosti chemických procesů. Na základě možností virtuálního simulátoru byly cíle korigovány, zejména bylo vyloučeno studium elektrické vodivosti roztoků, ale přidáno studium vlivu teploty na rozpustnost látek. Při stanovování cílů laboratorních prací jsme vycházeli z očekávaných výsledků: studenti by měli rozvíjet praktické dovednosti při přípravě řešení včetně zvládnutí algoritmů jednotlivých operací, měli by dospět k závěrům o změně počtu částic v roztoku během disociace silných a slabých elektrolytů, o poměru počtu aniontů a kationtů v případě rozpouštění nesymetrických elektrolytů, o příčinách tepelných účinků při rozpouštění.

Jako důležitý prvek procesu projektování studentských aktivit vyzdvihujeme fázi určování úloh vznikající laboratorní práce, zde je třeba plánovat, jaké manipulace budou muset studenti v rámci této laboratorní práce provádět a jaké pozorovat (smysluplné úkoly), jaké závěry a na základě čeho by měly po jeho splnění dospět (didaktické úkoly), jaké dovednosti si osvojit. Například zvládnout algoritmus akcí při přípravě daného objemu roztoku z odvážené části: vypočítat hmotnost látky, zvážit ji, změřit objem kapaliny / uvést ji na požadovaný objem; osvojit si techniky práce s analytickými vahami a měřícím náčiním; pozorovat, jak souvisí koncentrace částic (molekul, iontů) v roztoku s rozpouštěním elektrolytů a neelektrolytů, symetrických a asymetrických elektrolytů, silných a slabých elektrolytů, vyvozovat závěry o rozpustnosti, tepelných účincích při rozpouštění atp.

Dalším krokem při tvorbě laboratorní práce je vytvoření scénáře, tedy detailního popisu každé zkušenosti zvlášť a určení místa a role této zkušenosti v laboratorní práci s přihlédnutím k tomu, k jakým problémům přispěje a jak se dopracovat. dosáhnout cílů laboratorní práce jako celku. V praxi se návrh scénáře odehrává současně s testováním, tedy zkušebním prováděním experimentů, které pomáhají objasnit a zpřesnit scénář. Scénář odráží každou akci a reakci virtuální laboratoře na ni. Scénář je založen na úkolech jako „Připravte 49 g 0,4% roztoku CuSO4“ nebo „Připravte 35 ml 0,1 mol/l roztoku CuSO4 z jeho krystalického hydrátu (CuSO4∙5H2O). Při sestavování úkolu se bere v úvahu dostupnost vhodných činidel a zařízení ve virtuální laboratoři a technická proveditelnost takového úkolu. V našem příkladu scénář kromě výpočtové stránky obsahoval i řadu akcí a technik, které simulují přípravu řešení v reálné laboratoři. Například při vážení nesmí být sušina umístěna přímo na misku váhy, ale musí být použita speciální nádoba; použijte funkci tárování; Jako ve skutečnosti by se látka měla přidávat do váhy po malých dávkách, případný náhodný přebytek vypočtené hmotnosti bude mít za následek opětovné zahájení operace. Je zajištěn výběr chemického skla vhodného objemu, přesné měření objemu kapaliny „podél spodního menisku“ a použití dalších specifických technik. Po přípravě se vlastnosti výsledného roztoku (molární koncentrace iontů, pH) projeví v appletech virtuální laboratoře, což umožňuje zkontrolovat správnost zadání. Provedením série experimentů studenti získají data, na základě kterých budou schopni vyvozovat závěry o koncentraci iontů v roztocích silných a slabých elektrolytů, pH roztoků hydrolyzovaných látek nebo závislosti tepelného vliv rozpouštění na množství rozpouštědla a povahu látky atd.

Jako příklad uveďme studium tepelných účinků při rozpouštění látek. Scénář zahrnuje experimenty na rozpouštění suchých solí (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3). Na základě změny teploty roztoku by studenti měli usuzovat na možnost endotermických i exotermických účinků rozpouštění. Formulace úloh se v každém případě může lišit a závisí na typu experimentu – výzkumného nebo ilustrativního. Můžete se například omezit na závěr o přítomnosti takových účinků nebo do scénáře zahrnout přípravu roztoků solí s různými hmotnostmi rozpuštěné látky se stejnou hmotností rozpouštědla (připravte roztoky obsahující 50 g látky ve 100 g vody, 10 g látky ve 100 g vody) a naopak experimenty s konstantním množstvím rozpuštěné látky a proměnnou hmotností rozpouštědla; příprava roztoků z bezvodých solí a jejich krystalických hydrátů a sledování teplotních změn při jejich rozpouštění. Při provádění takových experimentů musí studenti odpovědět na otázky „Jak se liší změny teploty, když se rozpustí stejné množství bezvodých solí a jejich krystalických hydrátů? Proč k rozpouštění bezvodých solí dochází při uvolňování většího tepla než v případě krystalických hydrátů? a vyvodit závěr o tom, co ovlivňuje znaménko tepelného účinku rozpouštění. V závislosti na cílech a cílech práce bude scénář zahrnovat několik experimentů nebo několik sérií experimentů, je třeba mít na paměti, že ve virtuálním prostoru se vše dělá mnohem rychleji než ve skutečné laboratoři a nezabere tolik čas, jak by se mohlo na první pohled zdát.

Během testovacího procesu je nutné vyhodnotit a analyzovat spolehlivost procesu a výsledku virtuálního experimentu ve srovnání se skutečným, tj. ujistit se, že modelování a generované výsledky virtuálního experimentu neodporují realitě, to znamená, že neuvedou uživatele v omyl.

Metodická doporučení vycházejí ze sestaveného a otestovaného scénáře, ale neměli bychom zapomínat, že jsou určena studentům, a kromě jasných pokynů a úkolů musí obsahovat popis očekávaných výsledků spojených s cíli, mít odkazy na teoretické materiál a příklady.

Výsledkem vytvoření virtuální laboratorní práce je její implementace do procesu učení, vedoucí ke zvýšení kvality získávání znalostí a osvojení příslušných kompetencí. Existuje několik metod, jak „zabudovat“ virtuální laboratorní práci z chemie do vzdělávacího procesu vysoké školy.Při studiu nového materiálu pro jeho lepší pochopení a zvládnutí je podle našeho názoru vhodné provést krátkou virtuální laboratorní práci pro aktualizaci znalostí, popř. demonstrovat zkoumané jevy, což vytváří objektivní podmínky k realizaci aktivních a interaktivních forem učení, které vyžaduje současný vzdělávací standard. V tomto případě může virtuální laboratorní práce nahradit tradiční demonstrační experiment. Kromě toho zvažujeme možnosti využití virtuální laboratorní práce k upevnění znalostí a dovedností jak v hodinách, tak v mimoškolních samostatných aktivitách. Další možností využití virtuálních laboratorních prací v procesu výuky chemie je příprava studentů na provádění laboratorních prací v plném rozsahu. Prováděním správně sestavené virtuální laboratorní práce v chemii si studenti za prvé procvičí dovednosti při řešení výpočtových úloh na toto téma, za druhé si upevní algoritmus a techniku ​​provádění chemického experimentu, zatřetí se naučí zákony toku chemických procesů s aktivní účast na procesním školení.

Navržená metodika tvorby virtuální laboratorní práce v chemii vybavuje učitele vědecky podloženými nástroji pro vedení výuky chemie a chemických oborů interaktivní formou v kombinaci s mimoškolní prací za účelem formování a rozvoje odborných dovedností studentů.

Recenzenti:

Rogovaya O. G., doktor pedagogických věd, profesor, vedoucí katedry chemického a environmentálního vzdělávání Ruské státní pedagogické univerzity pojmenované po A.I. Herzen, Petrohrad;

Piotrovskaya K.R., doktorka pedagogických věd, profesorka, profesorka katedry metod výuky matematiky a informatiky Ruské státní pedagogické univerzity pojmenované po A.I. Herzen, Petrohrad.

Bibliografický odkaz

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. METODIKA TVORBY VIRTUÁLNÍCH LABORATORNÍCH PRACÍ V chemii // Moderní problémy vědy a vzdělávání. – 2015. – č. 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (datum přístupu: 02/01/2020). Dáváme do pozornosti časopisy vydávané nakladatelstvím "Akademie přírodních věd"

V souladu s federálními státními vzdělávacími standardy vyššího odborného vzdělávání v oblastech studia realizovaných na Fakultě chemické Ruské státní pedagogické univerzity pojmenované po. A.I. Herzen, organizace vzdělávacího procesu by měla zahrnovat využívání aktivních a interaktivních forem vedení výuky, včetně počítačových simulací. Výuka vedená těmito formami musí tvořit alespoň 30 procent vyučovacího času.

Tlumočení aktivních a interaktivních forem vedení výuky z hlediska zapojení studentů do intenzivní přímé nebo nepřímé vzdělávací interakce by mělo být uznáno, že počítačové výukové programy založené na principech technologizace, inovace, individualizace, diferenciace, integrace otevírají nové příležitosti v organizaci výuky. interakce předmětů učení, obsah a povaha jejich činností. Zejména ve výuce chemie takový přístup pomáhá zvyšovat úroveň asimilace znalostí chemických informací a schopnost je aplikovat, rozvíjet schopnosti studentů integrativního a kreativního myšlení a vytvářet zobecněné dovednosti k řešení problémových situací. .

Zlepšení elektronických výukových nástrojů vedlo k modernizaci vzdělávacího procesu jako celku: přednášky probíhají v prezentačním režimu, interaktivní metody prezentace výukového materiálu jsou využívány k vedení praktických a seminárních hodin, testy a zkoušky se skládají pomocí strojního řízení.

Při výuce chemie zůstává nejkonzervativnější součástí vzdělávacího procesu laboratorní dílna, proveditelnost úplného převedení do e-learningového režimu zatím není zcela jasná. Zvláštní příležitosti pro realizaci interaktivní výuky zde však vytváří nový typ výukového chemického experimentu – virtuální laboratoř.

Virtuální laboratoř je chápána jako počítačový program, který umožňuje na počítači simulovat chemický proces, měnit podmínky a parametry jeho realizace. Při provádění virtuální laboratorní práce student pracuje se vzorky látek a součástí zařízení, které reprodukují vzhled a funkce reálných předmětů.

Na jedné straně jsou zřejmé pozitivní aspekty virtuální laboratoře - moderní počítačové technologie v některých případech umožňují odklonit se od skutečného provádění chemických procesů bez ztráty kvality přijímaných informací. Zvláštní potřeba pro provádění virtuálních laboratorních prací vyvstává především při korespondenčním a distančním studiu, stejně jako při odpracování zameškaných hodin, nedostatku složitého vybavení a drahých nebo nedostupných činidel. U některých prací jsou navíc možnosti počítačové laboratorní praktické práce širší než tradiční. Studenti tak mají možnost studovat reakce s látkami zakázanými pro použití ve vzdělávacím procesu, nejsou časově omezena, student může práci dělat (nebo se na ni připravovat) i mimo vyučování a mnohokrát ji opakovat.

Přes výhody a zřejmou potřebu výukové praxe ve virtuálních laboratořích není jejich počet a zkušenosti s jejich využitím v interaktivní a distanční výuce v chemických oborech, např. fyzikální chemii, v zahraniční i tuzemské praxi tak velký. Virtuální chemické laboratoře jsou vytvářeny především pro střední všeobecné vzdělávání („Virtuální chemická laboratoř pro ISO Grades 8-11“). Co se týče vysokoškolského vzdělávání, existuje omezený počet virtuálních chemických laboratoří především v anorganické, obecné a organické chemii pro nechemické oblasti/výukové profily, téměř všechny v angličtině, v některých případech je nutná registrace a platba za používání plné verze: Chemlab, Crocodile Chemistry 605 a vzdělávací produkt „Yenka“, upravený pro ruské školy, vytvořený na jeho základě, Virtual Chemistry Laboratory, Dartmouth ChemLab - interaktivní průvodce prováděním laboratorních prací v obecné chemii, který ve skutečnosti není virtuální laboratoř) , sbírky vizualizací a počítačových simulací Chemistry Experiment Simulations a Virtlab: A Virtual Laboratory a několik dalších.

Speciální virtuální laboratoře pro fyzikální chemii nejsou na trhu vzdělávacích produktů zastoupeny vůbec. Vysoké školy samozřejmě, kdykoli je to možné, vytvářejí virtuální laboratorní práce z fyzikální chemie s přihlédnutím ke svým specifikům, nejčastěji pro práci s vlastními studenty. Například softwarový produkt „Module of Applied Chemistry“ (MPH), vyvinutý na katedře IU-6 MSTU. N.E. Bauman. V souladu s osnovami oboru „Fyzikální chemie“ se předpokládá provedení řady laboratorních prací, mimo jiné na témata „Termochemie“, „Fázové rovnováhy“, „Povrchové jevy“.

Díky MPH je možné provádět laboratorní práce na těchto tématech v reálném čase (Real Time) a implementovat smíšený model distančního vzdělávání. Dalším příkladem je virtuální laboratorní práce v Kemerovském institutu potravinářských technologií.

Úroveň takového vývoje je z technického i metodického hlediska velmi různorodá a jejich využití je omezené. Samostatný návrh a implementace úzce oborově zaměřeného informačního vzdělávacího prostředí je velmi složitý úkol, vyžadující speciální provozní základnu, tým programátorů, učitelů a chemiků a velké časové a finanční náklady. Domníváme se, že by bylo vhodnější upravit či vytvořit v rámci stávající virtuální laboratoře vlastní virtuální laboratorní práci splňující specifika této OOP a oborového programu. Konkrétně jsme využili virtuální laboratoř projektu The ChemCollective k vytvoření vlastních virtuálních laboratorních prací ve fyzikální chemii.

IrYdium Chemistry Lab, jehož výhodami byla uspokojivá sada virtuálních činidel a fyzikálních a chemických nástrojů, částečně rusifikované uživatelsky přívětivé rozhraní, vestavěný program pro vývoj úloh a bezplatné použití povolené vývojáři.

Vytvořeno námi na základě IrYdium Chemistry Lab a testováno v laboratorním workshopu o fyzikální chemii na Ruské státní pedagogické univerzitě pojmenované po. A.I. Virtuální laboratorní práce Herzen jsou simulacemi experimentální práce skutečného laboratorního workshopu na téma „Termochemie“: „Stanovení rozpouštěcího tepla soli“, „Stanovení tepelného efektu tvorby krystalického hydrátu z bezvodé soli a vody“ , „Stanovení neutralizačního tepla silné kyseliny silnou bází“, jehož realizace je zajištěna pracovními programy akademického oboru „Fyzikální chemie“. Každá práce obsahuje širokou škálu úkolů (studované látky, jejich hmotnost/objem) a je opatřena metodickými pokyny pro studenty a učitele. Postup virtuální laboratorní práce je co nejblíže provedení skutečného chemického experimentu; Student pomocí počítačového programu provádí určité činnosti, které si promyslel v souladu s konkrétním úkolem: vybírá činidla, váží, měří objemy, zaznamenává změny teploty, provádí pozorování (ve formě virtuálních snímků), zpracovává, shrnuje a analyzuje výsledky experimentu ve zprávě.

I přes popsané výhody je s rozvojem počítačových výukových technologií stále více diskutována otázka nutnosti vytváření virtuálních laboratorních prací a částečného či úplného přesunu dílen z laboratoří do počítačových tříd.

Někteří autoři přitom nutnost takového přechodu vysvětlují vysokou cenou laboratorního vybavení, jiní nedostatkem časových prostředků či sjednocením vzdělávacích programů v souladu s Boloňskou deklarací apod. Hlavní nevýhodou však virtuální laboratoř je nedostatek přímého kontaktu mezi studentem a objektem výzkumu, přístroji a vybavením.

Stejně jako většina našich kolegů věříme, že předmětem studia chemie je látka, která má soubor charakteristik a vlastností, které nedokáže reprodukovat ani ten nejpokročilejší počítačový model. Přístup k problematice tvorby virtuálních laboratorních prací a jejich implementace do výukového procesu musí zohledňovat specifika chemické disciplíny, aby se zabránilo produkci armády „virtuálních“ specialistů, kteří mají zkušenosti s prací pouze s idealizovanými modely, a nikoli s reálnými předměty a jevy, přičemž úroveň Jejich odpovědnost při práci ve výrobě je tak velká, že rozhoduje nejen o bezpečnosti životního prostředí, ale i o samotné existenci okolního světa.

Zkušenosti s využitím virtuální laboratorní práce v chemické dílně ukázaly, že je výhodnější kombinace virtuálního a reálného experimentu, kdy počítačový model studovaného procesu má pomocnou funkci připravit studenta na akce s reálnými předměty. Virtuální laboratoř umožňuje vypracovat metodiku pro studium reálného procesu, předvídat možné chyby při sestavování a provádění experimentu, urychlit matematické zpracování a interpretaci získaných dat a vypracovat zprávu. Učitel má reálnou možnost stanovit žákům úkol určit optimální podmínky experimentu. Řešení tohoto problému lze po prostudování vlastností modelu realizovat ve virtuálním chemickém experimentu, což umožňuje studentům rozumně zdůvodnit podmínky pro provedení reálného experimentu. To platí zejména v případě práce s nebezpečnými chemickými předměty (například koncentrovanými kyselinami a zásadami, hořlavými nebo toxickými látkami), pak by se v prvních fázích měly využívat virtuální laboratoře a teprve po získání požadovaných dovedností postupovat, pokud nezbytné pro práci s reálnými předměty.

Není pochyb o tom, že virtuální laboratorní práce a další počítačové simulace, které nabízíme, nemohou a neměly by nahradit skutečný chemický experiment, nicméně existuje řada situací, kdy je využití virtuální laboratoře preferovaným nebo jediným možným způsobem učení. V prvé řadě se jedná o dálkové studium, kdy student není fyzicky přítomen v laboratoři např. při dálkovém studiu nebo prezenčním studiu z důvodu nemoci či zahraniční stáže. Dále je zde potřeba dohánění zameškaných hodin, potřeba přípravy/školení před samotnou laboratorní prací atd. Díky interaktivním formám vedení výuky umožňuje virtuální laboratorní práce vizuální a spolehlivou počítačovou simulaci fyzikálního a chemického procesu, způsobující a pozorující reakci systému na vnější vlivy, včetně maximálního počtu studentů ve třídě v produktivní vzdělávací interakci.

Aktivní a interaktivní formy výuky chemie by tak z našeho pohledu měly obsahovat jak reálné experimenty na moderních zařízeních, tak virtuální laboratorní práce na studiu chemických procesů v optimálním, vědecky podloženém poměru, který umožní dynamický rozvoj struktura a metodika výuky chemie založená na nejmodernějších výdobytcích vědy, techniky a metodách poznání. trénink spolupráce assault virtuální