Εικονική εργασία στη χημεία. Εικονικά εργαστήρια για εξ αποστάσεως εκπαίδευση, πανεπιστήμια και σχολεία

Η οπτικοποίηση είναι μια από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους διδασκαλίας, που βοηθά στην κατανόηση της ουσίας διαφόρων φαινομένων πολύ πιο εύκολα και σε βάθος· δεν είναι άδικο ότι τα οπτικά βοηθήματα χρησιμοποιούνται από την αρχαιότητα. Η οπτικοποίηση και η μοντελοποίηση είναι ιδιαίτερα χρήσιμα κατά τη μελέτη δυναμικών, μεταβαλλόμενων στο χρόνο αντικειμένων και φαινομένων που μπορεί να είναι δύσκολο να κατανοηθούν κοιτάζοντας μια απλή στατική εικόνα σε ένα κανονικό εγχειρίδιο. Η εργαστηριακή εργασία και τα εκπαιδευτικά πειράματα δεν είναι μόνο χρήσιμα, αλλά και πολύ ενδιαφέροντα - με κατάλληλη οργάνωση, φυσικά.

Δεν μπορούν ή πρέπει να πραγματοποιηθούν όλα τα εκπαιδευτικά πειράματα σε «πραγματικό» τρόπο. Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι τεχνολογίες μοντελοποίησης υπολογιστών ήρθαν γρήγορα σε αυτόν τον τομέα. Υπάρχει τώρα μια σειρά από πακέτα λογισμικού στην αγορά που έχουν σχεδιαστεί για τη διεξαγωγή εικονικών εκπαιδευτικών πειραμάτων. Αυτή η ανασκόπηση θα εξετάσει μια σχετικά νέα πτυχή τέτοιων λύσεων: εικονικά διαδικτυακά εργαστήρια. Με τη βοήθειά τους, μπορείτε να διεξάγετε πειράματα υπολογιστή χωρίς να αγοράσετε πρόσθετα προγράμματα και σε οποιαδήποτε κατάλληλη στιγμή, θα έχετε πρόσβαση στο Διαδίκτυο.

Αρκετές τάσεις παρατηρούνται πλέον στην ανάπτυξη σύγχρονων δικτυακών έργων αυτού του είδους. Το πρώτο είναι η διασπορά σε ένα σημαντικό ποσό πόρων. Μαζί με μεγάλα έργα που συγκεντρώνουν σημαντικό όγκο περιεχομένου, υπάρχουν πολλοί ιστότοποι που περιέχουν μικρό αριθμό εργαστηρίων. Η δεύτερη τάση είναι η παρουσία τόσο πολυκλαδικών έργων που προσφέρουν εργαστήρια για διάφορα γνωστικά πεδία όσο και θεματικών εξειδικευμένων έργων. Τέλος, πρέπει να σημειωθεί ότι τα εργαστήρια που είναι αφιερωμένα στις φυσικές επιστήμες εκπροσωπούνται καλύτερα στο διαδίκτυο. Πράγματι: τα φυσικά πειράματα γενικά μπορεί να είναι ένα πολύ ακριβό εγχείρημα, αλλά ένα εργαστήριο υπολογιστών σας επιτρέπει να κοιτάξετε πίσω από τις σκηνές περίπλοκων διαδικασιών. Η χημεία ωφελεί επίσης: δεν χρειάζεται να αγοράσετε πραγματικά αντιδραστήρια, εργαστηριακό εξοπλισμό και δεν υπάρχει φόβος να χαλάσει οτιδήποτε σε περίπτωση σφάλματος. Ένα εξίσου γόνιμο πεδίο για εικονικά εργαστήρια εργαστηρίων είναι η βιολογία και η οικολογία. Δεν είναι μυστικό ότι μια λεπτομερής μελέτη ενός βιολογικού αντικειμένου συχνά καταλήγει στο θάνατό του. Τα οικολογικά συστήματα είναι μεγάλα και πολύπλοκα, επομένως η χρήση εικονικών μοντέλων καθιστά δυνατή την απλοποίηση της αντίληψής τους.

Η κριτική μας περιλαμβάνει αρκετά από τα πιο ενδιαφέροντα διαδικτυακά έργα, τόσο πολυεπιστημονικά όσο και θεματικά. Όλοι οι πόροι ιστού σε αυτήν την κριτική είναι ιστότοποι με ανοιχτή, δωρεάν πρόσβαση.

VirtuLab

Ο πόρος VirtuLab είναι η μεγαλύτερη συλλογή εικονικών εμπειριών σε διάφορους ακαδημαϊκούς κλάδους στο σύγχρονο RuNet. Η κύρια ενότητα της συλλογής είναι ένα εικονικό πείραμα. Από τεχνικής άποψης, πρόκειται για ένα διαδραστικό βίντεο που δημιουργήθηκε με χρήση του Adobe Flash. Ορισμένα εργαστήρια κατασκευάζονται σε τρισδιάστατα γραφικά. Για να εργαστείτε μαζί τους, θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε το Adobe Shockwave Player με το πρόσθετο Havok Physics Scene. Μπορείτε να βρείτε αυτό το πρόσθετο στο director-online.com. Πρέπει να αποσυσκευάσετε το αρχείο που προκύπτει στον κατάλογο Xtras του Adobe Shockwave Player, ο οποίος βρίσκεται στον κατάλογο συστήματος των Windows.

Ο πόρος VirtuLab είναι η μεγαλύτερη συλλογή εικονικών online
εργαστήριαστα ρώσικα

Κάθε βίντεο σάς επιτρέπει να διεξάγετε ένα πείραμα που έχει έναν εκπαιδευτικό σκοπό και ένα σαφές έργο. Προσφέρονται στον χρήστη όλα τα εργαλεία και τα αντικείμενα που είναι απαραίτητα για την επίτευξη του αποτελέσματος. Οι εργασίες και οι συμβουλές εμφανίζονται ως μηνύματα κειμένου. Τα βίντεο του VirtuLab έχουν έντονη εκπαιδευτική πτυχή, για παράδειγμα, εάν ο χρήστης κάνει λάθος, το σύστημα δεν θα του επιτρέψει περαιτέρω μέχρι να διορθωθεί το σφάλμα.

Η συλλογή πειραμάτων του VirtuLab είναι αρκετά εκτεταμένη και ποικίλη. Το VirtuLab δεν έχει τη δική του ενσωματωμένη μηχανή αναζήτησης, επομένως για να βρείτε το πείραμα που χρειάζεστε, πρέπει απλώς να κάνετε κύλιση στις ενότητες του καταλόγου. Το αρχείο χωρίζεται σε τέσσερα κύρια τμήματα: «Φυσική», «Χημεία», «Βιολογία» και «Οικολογία». Μέσα σε αυτές υπάρχουν στενότερες θεματικές ενότητες. Συγκεκριμένα, για τη φυσική αυτά είναι τμήματα αυτού του κλάδου. Υπάρχουν πειράματα για εξοικείωση με τη μηχανική, τα ηλεκτρικά και τα οπτικά εφέ. Ορισμένα εργαστήρια έχουν σχεδιαστεί σε τρισδιάστατα γραφικά, τα οποία βοηθούν στην επίδειξη ποικίλων πειραμάτων: από πειράματα με δυναμόμετρα έως διάθλαση και άλλα οπτικά εφέ.

Στη «Βιολογία», η βάση της διαίρεσης ήταν οι τάξεις του σχολικού προγράμματος. Το περιεχόμενο των εργασιών εδώ μπορεί να είναι πολύ διαφορετικό. Έτσι, υπάρχουν εργασίες για τη μελέτη των δομικών χαρακτηριστικών διάφορων ζωντανών οργανισμών (για παράδειγμα, ένα σύνολο κατασκευής για τη συναρμολόγηση όλων των ειδών οργανισμών από τα προτεινόμενα "μέρη") και εργασίες που προσομοιώνουν την εργασία με μικροσκόπιο και με παρασκευάσματα διαφόρων ιστών.

Ο ιστότοπος PhET είναι μια πολυεπιστημονική συλλογή από εφαρμογές Java,
με τα οποία μπορείτε να εργαστείτε τόσο στο διαδίκτυο όσο και στον τοπικό σας υπολογιστή

Ξεχωριστά, στην ενότητα Έρευνα Αιχμής, επισημαίνονται επιδείξεις αφιερωμένες στην πιο πρόσφατη έρευνα. Νέα στοιχεία εμφανίζονται στο αρχείο τακτικά· η ενότητα New Sims είναι αφιερωμένη σε αυτά.

Δώστε προσοχή στην υποενότητα Translated Sims. Αυτή η σελίδα περιέχει μια λίστα με όλες τις γλώσσες στις οποίες έχουν μεταφραστεί τα προσφερόμενα εικονικά εργαστήρια. Ανάμεσά τους υπάρχει και ένας Ρώσος - υπάρχουν ακριβώς πενήντα τέτοια πειράματα εδώ σήμερα. Είναι περίεργο ότι ο αριθμός των διαδηλώσεων στα αγγλικά, τα σερβικά και τα ουγγρικά είναι σχεδόν ίσος. Εάν θέλετε, μπορείτε να λάβετε μέρος σε επιδείξεις μετάφρασης. Μια ειδική εφαρμογή, το PhET Translation Utility, προσφέρεται για το σκοπό αυτό.

Τι είναι οι επιδείξεις PhET και ποιος μπορεί να επωφεληθεί από αυτές; Είναι χτισμένα στην τεχνολογία Java. Αυτό σας επιτρέπει να εκτελείτε πειράματα στο διαδίκτυο, να κατεβάζετε μικροεφαρμογές στον τοπικό σας υπολογιστή και να τις ενσωματώνετε σε άλλες ιστοσελίδες ως γραφικά στοιχεία. Όλες αυτές οι επιλογές παρέχονται σε κάθε δοκιμαστική σελίδα PhET.

Όλα τα πειράματα PhET είναι διαδραστικά. Περιέχουν μία ή περισσότερες εργασίες, καθώς και ένα σύνολο από όλα τα στοιχεία που είναι απαραίτητα για την επίλυσή τους. Δεδομένου ότι η λύση συνήθως εξηγείται με επαρκείς λεπτομέρειες σε σημειώσεις κειμένου, ο κύριος σκοπός των επιδείξεων είναι να οπτικοποιήσουν και να εξηγήσουν τα αποτελέσματα και όχι να ελέγξουν τις γνώσεις και τις δεξιότητες του χρήστη. Έτσι, μια από τις επιδείξεις του χημικού τμήματος προτείνει τη δημιουργία μορίων από τα προτεινόμενα άτομα και την εξέταση μιας τρισδιάστατης απεικόνισης του αποτελέσματος. Στη βιολογική ενότητα υπάρχει μια αριθμομηχανή για την ισορροπία της κατανάλωσης θερμίδων ενός ατόμου κατά τη διάρκεια της ημέρας: μπορείτε να υποδείξετε τα είδη και τις ποσότητες των τροφίμων που καταναλώνονται, καθώς και την ποσότητα της σωματικής άσκησης. Τότε το μόνο που μένει είναι να παρατηρήσουμε τις αλλαγές στο πειραματικό «ανθρωπάκι» μιας δεδομένης ηλικίας, ύψους και αρχικού βάρους. Η ενότητα των μαθηματικών μπορεί να υπερηφανεύεται για πολύ χρήσιμα εργαλεία για τη χάραξη διαφόρων συναρτήσεων, αριθμητικά παιχνίδια και άλλες ενδιαφέρουσες εφαρμογές. Το τμήμα της φυσικής προσφέρει ένα ευρύ φάσμα "εργαστηρίων" που επιδεικνύουν μια ποικιλία φαινομένων - από απλή κίνηση έως κβαντικές αλληλεπιδράσεις.

PhET
Βαθμός: 4
Γλώσσα διεπαφής:Αγγλικά, Ρωσικά διαθέσιμα
Προγραμματιστής:Πανεπιστήμιο του Κολοράντο
Δικτυακός τόπος: phet.colorado.edu

Wolfram Demonstrations Project

Μια πολύ πολύτιμη πηγή διαδικτυακών εργαστηρίων είναι το πολυεπιστημονικό Wolfram Demonstrations Project. Στόχος του έργου είναι να καταδείξει με σαφήνεια τις έννοιες της σύγχρονης επιστήμης και τεχνολογίας. Η Wolfram ισχυρίζεται ότι είναι μια ενιαία πλατφόρμα για τη δημιουργία ενός ενοποιημένου καταλόγου διαδικτυακών διαδραστικών εργαστηρίων. Αυτό, σύμφωνα με τους προγραμματιστές του, θα επιτρέψει στους χρήστες να αποφύγουν προβλήματα που σχετίζονται με τη χρήση ετερογενών πόρων μάθησης και πλατφορμών ανάπτυξης.

Ο κατάλογος Wolfram Demonstrations Project περιέχει περισσότερες από 7 χιλιάδες.
εικονικά εργαστήρια

Αυτός ο ιστότοπος είναι μέρος ενός μεγάλου έργου Διαδικτύου που ονομάζεται Wolfram. Το Wolfram Demonstrations Project διαθέτει επί του παρόντος έναν εντυπωσιακό κατάλογο με πάνω από 7.000 διαδραστικές επιδείξεις.

Η τεχνολογική βάση για τη δημιουργία εργαστηρίων και επιδείξεων είναι το πακέτο Wolfram Mathematica. Για να δείτε τις επιδείξεις, θα χρειαστεί να κατεβάσετε και να εγκαταστήσετε το ειδικό Wolfram CDF Player, το οποίο έχει μέγεθος λίγο περισσότερο από 150 MB.

Ο κατάλογος του έργου αποτελείται από 11 κύριες ενότητες που σχετίζονται με διάφορους κλάδους της γνώσης και της ανθρώπινης δραστηριότητας. Υπάρχουν μεγάλα φυσικά, χημικά και μαθηματικά τμήματα, καθώς και εκείνα που είναι αφιερωμένα στην τεχνολογία και τη μηχανική. Οι βιολογικές επιστήμες εκπροσωπούνται καλά. Τα επίπεδα πολυπλοκότητας των μοντέλων, καθώς και τα επίπεδα παρουσίασης, είναι πολύ διαφορετικά. Ο κατάλογος περιέχει αρκετά περίπλοκες επιδείξεις που στοχεύουν στην τριτοβάθμια εκπαίδευση· πολλά εργαστήρια είναι αφιερωμένα στην απεικόνιση των τελευταίων επιστημονικών επιτευγμάτων. Παράλληλα, ο ιστότοπος διαθέτει και ενότητες που προορίζονται για παιδιά. Το γλωσσικό εμπόδιο μπορεί να είναι μια κάποια ταλαιπωρία: το έργο Wolfram είναι επί του παρόντος καθαρά αγγλόφωνο. Ωστόσο, υπάρχει λίγο κείμενο στους επιδείξεις και τα εργαστήρια, τα εργαλεία ελέγχου είναι αρκετά απλά και είναι εύκολα κατανοητά χωρίς προτροπές.

Δεν υπάρχουν συγκεκριμένα καθήκοντα ή έλεγχος για την εφαρμογή τους. Ωστόσο, το περιεχόμενο δεν μπορεί να ονομαστεί απλώς παρουσιάσεις ή βίντεο. Υπάρχει αρκετή αλληλεπίδραση στα demos του Wolfram. Σχεδόν όλα διαθέτουν εργαλεία που βοηθούν στην αλλαγή των παραμέτρων των αντικειμένων που αναπαρίστανται, διενεργώντας έτσι εικονικά πειράματα σε αυτά. Αυτό συμβάλλει στη βαθύτερη κατανόηση των διαδικασιών και των φαινομένων που παρουσιάζονται.

Wolfram Demonstrations Project
Βαθμός: 4
Γλώσσα διεπαφής: Αγγλικά
Προγραμματιστής: Wolfram Demonstrations Project & Συντελεστές
Δικτυακός τόπος: demonstrations.wolfram.com

Εργαστήριο Χημείας IrYdium

Εκτός από τα έργα «πολυβιομηχανίας» στον σύγχρονο Ιστό, υπάρχουν πολλά εξειδικευμένα διαδικτυακά εργαστήρια αφιερωμένα σε ορισμένες επιστήμες. Ας ξεκινήσουμε με το The ChemCollective, ένα έργο αφιερωμένο στη μελέτη της χημείας. Περιέχει πολύ θεματικό υλικό στα αγγλικά. Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα τμήματα του είναι το δικό του εικονικό εργαστήριο που ονομάζεται IrYdium Chemistry Lab. Η δομή του είναι αισθητά διαφορετική από όλα τα έργα που συζητήθηκαν παραπάνω. Το γεγονός είναι ότι δεν προσφέρονται εδώ συγκεκριμένα, συγκεκριμένα πειράματα με τις δικές τους εργασίες. Αντίθετα, δίνεται στον χρήστη σχεδόν πλήρης ελευθερία δράσης.

Το διαδικτυακό εργαστήριο χημείας IrYdium είναι διαφορετικό
υψηλή ευελιξία στη ρύθμιση και λειτουργία

Το εργαστήριο δημιουργήθηκε με τη μορφή μικροεφαρμογής Java. Παρεμπιπτόντως, μπορεί να γίνει λήψη και εκτέλεση στον τοπικό σας υπολογιστή - ο αντίστοιχος σύνδεσμος λήψης βρίσκεται στην κύρια σελίδα του έργου.

Η διεπαφή applet χωρίζεται σε διάφορες ζώνες. Στη μέση υπάρχει ένας χώρος εργασίας στον οποίο εμφανίζεται η πρόοδος του πειράματος. Η δεξιά στήλη είναι ένα είδος "ταμπλό" - εμφανίζει πληροφορίες σχετικά με τις αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα: θερμοκρασία, οξύτητα, μοριακότητα και άλλα βοηθητικά δεδομένα. Στην αριστερή πλευρά της μικροεφαρμογής υπάρχει το λεγόμενο "Reagent Warehouse". Αυτό είναι ένα σύνολο από όλα τα είδη εικονικών αντιδραστηρίων, κατασκευασμένα με τη μορφή ιεραρχικού δέντρου. Εδώ μπορείτε να βρείτε οξέα, βάσεις, ουσίες δείκτες και οτιδήποτε άλλο χρειάζεται ένας πειραματικός χημικός. Για να δουλέψετε μαζί τους, προσφέρεται μια καλή επιλογή από διάφορα εργαστηριακά γυαλικά, καυστήρας, ζυγαριές και άλλος εξοπλισμός. Ως αποτέλεσμα, ο χρήστης έχει στη διάθεσή του ένα άρτια εξοπλισμένο εργαστήριο με πολύ περιορισμένες δυνατότητες πειραματισμού.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν συγκεκριμένες εργασίες εδώ, τα πειράματα πραγματοποιούνται με τρόπο που είναι απαραίτητος και ενδιαφέρον για τον χρήστη. Το μόνο που μένει είναι να επιλέξετε τις απαραίτητες ουσίες, να δημιουργήσετε μια πειραματική εγκατάσταση χρησιμοποιώντας τον προτεινόμενο εικονικό εξοπλισμό και να ξεκινήσετε την αντίδραση. Είναι πολύ βολικό η προκύπτουσα ουσία να μπορεί να προστεθεί στη συλλογή αντιδραστηρίων για χρήση σε επόμενα πειράματα.

Γενικά, αποδείχθηκε ένας ενδιαφέρον και χρήσιμος πόρος, που χαρακτηρίζεται από υψηλή ευελιξία χρήσης. Αν λάβουμε υπόψη την παρουσία μιας σχεδόν ολοκληρωμένης μετάφρασης του προγράμματος στα Ρωσικά, τότε το Εργαστήριο Χημείας IrYdium μπορεί να γίνει ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για την κατάκτηση βασικών χημικών γνώσεων.

Εργαστήριο Χημείας IrYdium
Βαθμός: 5
Γλώσσα διεπαφής:Ρωσικά Αγγλικά
Προγραμματιστής:Η ChemCollective
Δικτυακός τόπος: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

"Εικονικό εργαστήριο" teachmen.ru

Αυτό είναι το δεύτερο ρωσικό έργο στην κριτική μας. Αυτός ο πόρος ειδικεύεται σε φυσικά φαινόμενα. Το πεδίο εφαρμογής των εικονικών εργαστηρίων δεν περιορίζεται μόνο στο σχολικό πρόγραμμα σπουδών. Οι διαδικτυακές εμπειρίες που προσφέρουν, που αναπτύχθηκαν από ειδικούς από το Κρατικό Πανεπιστήμιο του Τσελιάμπινσκ, είναι κατάλληλες όχι μόνο για μαθητές, αλλά και για φοιτητές. Από τεχνική άποψη, αυτός ο πόρος είναι ένας συνδυασμός Flash και Java, επομένως θα πρέπει να ελέγξετε εκ των προτέρων για ενημερώσεις στην εικονική μηχανή Java στον υπολογιστή σας.

Τα καθήκοντα του έργου «Εικονικό Εργαστήριο» είναι διαφορετικά
μεγαλύτερη δυσκολία

Ο σχεδιασμός των εργαστηρίων εδώ είναι σχηματικός και αυστηρός. Φαίνεται σαν να εμφανίζονται περίεργες κινούμενες εικόνες από ένα σχολικό βιβλίο. Αυτό τονίζεται από τη διαθεσιμότητα υλικού που προορίζεται να συνοδεύει τις εκπαιδευτικές συνεδρίες. Η κύρια έμφαση σε τέτοια πειράματα είναι η εκτέλεση συγκεκριμένων εργασιών και ο έλεγχος των γνώσεων του χρήστη.

Ο κατάλογος του έργου περιλαμβάνει μια ντουζίνα βασικές θεματικές ενότητες - από τη μηχανική έως την ατομική και την πυρηνική φυσική. Κάθε ένα από αυτά περιέχει έως και δέκα αντίστοιχα διαδραστικά εικονικά εργαστήρια. Προσφέρονται επίσης εικονογραφημένες σημειώσεις διαλέξεων, μερικές με τα δικά τους εικονικά πειράματα.

Το περιβάλλον εργασίας του πειραματιστή αναπαράγεται εδώ αρκετά προσεκτικά. Οι συσκευές παρουσιάζονται με τη μορφή διαγραμμάτων, προτείνεται η κατασκευή γραφημάτων και η επιλογή απαντήσεων από τις διαθέσιμες επιλογές. Τα πειράματα στο «Εικονικό Εργαστήριο» είναι πιο περίπλοκα από ό,τι στο VirtuLab. Η συλλογή πόρων περιλαμβάνει πειράματα στην ατομική και πυρηνική φυσική, τη φυσική λέιζερ, καθώς και έναν «κατασκευαστή ατόμου» που προσφέρει τη συναρμολόγηση ενός ατόμου από διάφορα στοιχειώδη σωματίδια. Υπάρχουν πειράματα για την εύρεση και εξουδετέρωση μιας πηγής ακτινοβολίας, μελετώντας τις ιδιότητες των λέιζερ. Επιπλέον, υπάρχουν και «μηχανολογικά» εργαστήρια που απευθύνονται κυρίως σε μαθητές.

Διαδικτυακά εργαστήρια σε

Εκτός από μεγάλους πόρους με δεκάδες και εκατοντάδες εικονικούς πειραματικούς ιστότοπους στο Διαδίκτυο, υπάρχουν πολλοί μικροί ιστότοποι που προσφέρουν μια σειρά από ενδιαφέροντα πειράματα για ένα συγκεκριμένο, συνήθως στενό θέμα.

Ένα καλό σημείο εκκίνησης όταν ψάχνετε για μικρά εικονικά
εργαστήριαικανό να γίνει έργο Online Labs σε

Σε μια τέτοια κατάσταση, προκειμένου να βρεθούν οι απαραίτητες επιδείξεις, θα είναι σίγουρα χρήσιμα έργα καταλόγου που συλλέγουν και συστηματοποιούν συνδέσμους σε τέτοιους ιστότοπους. Τα Online Labs στον κατάλογο (onlinelabs.in) μπορεί να είναι ένα καλό σημείο εκκίνησης. Αυτός ο πόρος συλλέγει και συστηματοποιεί συνδέσμους προς έργα που προσφέρουν ελεύθερα προσβάσιμα διαδικτυακά πειράματα και εργαστήρια σε διάφορους κλάδους της επιστήμης. Για κάθε επιστήμη υπάρχει μια αντίστοιχη ενότητα. Οι τομείς ενδιαφέροντος του έργου είναι κυρίως η φυσική, η χημεία και η βιολογία. Αυτές οι ενότητες είναι οι μεγαλύτερες και οι καλύτερα ενημερωμένες. Επιπλέον, αυτά που είναι αφιερωμένα στην ανατομία, την αστρονομία, τη γεωλογία και τα μαθηματικά συμπληρώνονται σταδιακά. Κάθε ενότητα περιέχει συνδέσμους προς σχετικούς πόρους του Διαδικτύου με μια σύντομη περίληψη στα αγγλικά που περιγράφει τον σκοπό ενός συγκεκριμένου εργαστηρίου.

"Εικονικό εργαστήριο" teachmen.ru
Βαθμός: 3
Γλώσσα:Ρωσική
Προγραμματιστής:Κρατικό Πανεπιστήμιο του Τσελιάμπινσκ
Δικτυακός τόπος:

Η παγκόσμια εκπαίδευση και η επιστημονική διαδικασία αλλάζουν τόσο ξεκάθαρα τα τελευταία χρόνια, αλλά για κάποιο λόγο μιλούν λιγότερο για πρωτοποριακές καινοτομίες και τις ευκαιρίες που ανοίγουν, και περισσότερο για σκάνδαλα τοπικών εξετάσεων. Εν τω μεταξύ, η ουσία της εκπαιδευτικής διαδικασίας αντικατοπτρίζεται όμορφα από την αγγλική παροιμία «Μπορείς να οδηγήσεις ένα άλογο στο νερό, αλλά δεν μπορείς να το κάνεις να πιει».

Η σύγχρονη εκπαίδευση ουσιαστικά ζει μια διπλή ζωή. Στην επίσημη ζωή του υπάρχει πρόγραμμα, κανονισμοί, εξετάσεις, μια «ανούσια και ανελέητη» μάχη για τη σύνθεση των θεμάτων στο σχολικό μάθημα, τον φορέα της επίσημης θέσης και την ποιότητα της εκπαίδευσης. Και στην πραγματική του ζωή, κατά κανόνα, συγκεντρώνονται όλα όσα αντιπροσωπεύει η σύγχρονη εκπαίδευση: ψηφιοποίηση, eLearning, Mobile Learning, εκπαίδευση μέσω Coursera, UoPeople και άλλων διαδικτυακών ιδρυμάτων, διαδικτυακά σεμινάρια, εικονικά εργαστήρια κ.λπ. Όλα αυτά προς το παρόν δεν έχουν γίνει μέρος του γενικά αποδεκτού παγκόσμιου εκπαιδευτικού παραδείγματος, αλλά σε τοπικό επίπεδο ήδη συμβαίνει η ψηφιοποίηση του εκπαιδευτικού και ερευνητικού έργου.

Η εκπαίδευση MOOC (Massive Open Online Courses, μαζικές διαλέξεις από ανοιχτές πηγές) είναι εξαιρετική για τη μεταφορά ιδεών, τύπων και άλλων θεωρητικών γνώσεων σε μαθήματα και διαλέξεις. Αλλά για να κατακτήσετε πλήρως πολλούς κλάδους, απαιτείται επίσης πρακτική εκπαίδευση - η ψηφιακή μάθηση «ένιωσε» αυτή την εξελικτική ανάγκη και δημιούργησε μια νέα «μορφή ζωής» - εικονικά εργαστήρια, το δικό τους για τη σχολική και πανεπιστημιακή εκπαίδευση.

Γνωστό πρόβλημα με την ηλεκτρονική μάθηση: διδάσκονται κυρίως θεωρητικά μαθήματα. Ίσως το επόμενο στάδιο στην ανάπτυξη της διαδικτυακής εκπαίδευσης να είναι η κάλυψη πρακτικών περιοχών. Και αυτό θα συμβεί προς δύο κατευθύνσεις: η πρώτη είναι η συμβατική ανάθεση της πρακτικής σε φυσικά υφιστάμενα πανεπιστήμια (στην περίπτωση της ιατρικής, για παράδειγμα), και η δεύτερη είναι η ανάπτυξη εικονικών εργαστηρίων σε διαφορετικές γλώσσες.

Γιατί χρειαζόμαστε εικονικά εργαστήρια ή εικονικά εργαστήρια;

• Προετοιμασία για πραγματικές εργαστηριακές εργασίες.
• Για τις σχολικές τάξεις, εάν δεν υπάρχουν κατάλληλες συνθήκες, υλικά, αντιδραστήρια και εξοπλισμός.
• Για την εξ αποστάσεως εκπαίδευση.
• Για ανεξάρτητη μελέτη επιστημονικών κλάδων ως ενήλικες ή μαζί με παιδιά, αφού πολλοί ενήλικες, για τον ένα ή τον άλλο λόγο, νιώθουν την ανάγκη να «θυμηθούν» όσα δεν έμαθαν ή δεν κατανοήθηκαν ποτέ στο σχολείο.
• Για επιστημονική εργασία.
• Για την τριτοβάθμια εκπαίδευση με σημαντική πρακτική συνιστώσα.

Τύποι εικονικών εργαστηρίων. Τα εικονικά εργαστήρια μπορεί να είναι δισδιάστατα ή 3D. απλούστερο για μαθητές δημοτικού και σύνθετο, πρακτικό για μαθητές Γυμνασίου και Λυκείου, μαθητές και δασκάλους. Τα δικά τους εικονικά εργαστήρια έχουν αναπτυχθεί για διαφορετικούς κλάδους. Τις περισσότερες φορές αυτά είναι η φυσική και η χημεία, αλλά υπάρχουν και αρκετά πρωτότυπα, για παράδειγμα, εικονικό εργαστήριο για οικολόγους.

Ιδιαίτερα σοβαρά πανεπιστήμια έχουν τα δικά τους εικονικά εργαστήρια, για παράδειγμα, το Κρατικό Αεροδιαστημικό Πανεπιστήμιο της Σαμάρα με το όνομα του ακαδημαϊκού S.P. Korolev και το Ινστιτούτο Max Planck του Βερολίνου για την Ιστορία της Επιστήμης (MPIWG). Ας θυμηθούμε ότι ο Μαξ Πλανκ είναι Γερμανός θεωρητικός φυσικός, ιδρυτής της κβαντικής φυσικής. Το εικονικό εργαστήριο του ινστιτούτου έχει ακόμη και επίσημη ιστοσελίδα. Μπορείτε να παρακολουθήσετε την παρουσίαση χρησιμοποιώντας αυτόν τον σύνδεσμο The Virtual Laboratory: Tools for Research on the History of Experimentalization.Το διαδικτυακό εργαστήριο είναι μια πλατφόρμα όπου οι ιστορικοί δημοσιεύουν και συζητούν την έρευνά τους για το θέμα του πειραματισμού σε διάφορους τομείς της επιστήμης (από τη φυσική μέχρι την ιατρική), την τέχνη, την αρχιτεκτονική, τα μέσα και την τεχνολογία. Περιέχει επίσης εικονογραφήσεις και κείμενα για διάφορες πτυχές των πειραματικών δραστηριοτήτων: όργανα, πρόοδος πειραμάτων, ταινίες, φωτογραφίες επιστημόνων κ.λπ. Οι μαθητές μπορούν να δημιουργήσουν τον δικό τους λογαριασμό σε αυτό το εικονικό εργαστήριο και να προσθέσουν επιστημονικές εργασίες για συζήτηση.

Εικονικό Εργαστήριο του Ινστιτούτου Max Planck για την Ιστορία της Επιστήμης

Πύλη Virtulab

Δυστυχώς, η επιλογή των ρωσόφωνων εικονικών εργαστηρίων είναι ακόμα μικρή, αλλά είναι θέμα χρόνου. Η εξάπλωση της ηλεκτρονικής μάθησης μεταξύ μαθητών και φοιτητών, η μαζική διείσδυση της ψηφιοποίησης στα εκπαιδευτικά ιδρύματα θα δημιουργήσει με τον ένα ή τον άλλο τρόπο ζήτηση και στη συνέχεια θα αρχίσουν να αναπτύσσουν μαζικά όμορφα σύγχρονα εικονικά εργαστήρια σε διάφορους κλάδους. Ευτυχώς, υπάρχει ήδη μια αρκετά ανεπτυγμένη εξειδικευμένη πύλη αφιερωμένη στα εικονικά εργαστήρια - Virtulab.Net. Προσφέρει πολύ ωραίες λύσεις και καλύπτει τέσσερις κλάδους: φυσική, χημεία, βιολογία και οικολογία.

Εικονικό εργαστήριο 3D για τη φυσική Virtulab .Net

Εικονική πρακτική μηχανικής

Το Virtulab.Net δεν αναφέρει ακόμη τη μηχανική μεταξύ των ειδικοτήτων του, αλλά αναφέρει ότι τα εικονικά εργαστήρια φυσικής που φιλοξενούνται εκεί μπορούν επίσης να είναι χρήσιμα στην εκπαίδευση μηχανικής εξ αποστάσεως. Εξάλλου, για παράδειγμα, για την κατασκευή μαθηματικών μοντέλων, είναι απαραίτητη η βαθιά κατανόηση της φυσικής φύσης των αντικειμένων μοντελοποίησης. Γενικά, τα εικονικά εργαστήρια μηχανικής έχουν τεράστιες δυνατότητες. Η εκπαίδευση των μηχανικών είναι σε μεγάλο βαθμό προσανατολισμένη στην πρακτική, αλλά τέτοια εικονικά εργαστήρια εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σπάνια στα πανεπιστήμια λόγω του γεγονότος ότι η αγορά ψηφιακής εκπαίδευσης στον τομέα της μηχανικής είναι ανεπαρκώς ανεπτυγμένη.

Προβληματικά εκπαιδευτικά συγκροτήματα του συστήματος CADIS (SSAU). Για την ενίσχυση της εκπαίδευσης των ειδικών τεχνικών, το Samara Aerospace University που πήρε το όνομά του από τον Korolev έχει αναπτύξει το δικό του εικονικό εργαστήριο μηχανικής. Το Κέντρο Νέων Τεχνολογιών Πληροφορικής (CNIT) του SSAU δημιούργησε «Εκπαιδευτικά συγκροτήματα προσανατολισμένα σε προβλήματα του συστήματος CADIS». Η συντομογραφία CADIS σημαίνει «σύστημα συγκροτημάτων αυτοματοποιημένων εργαλείων διδασκαλίας». Πρόκειται για ειδικές αίθουσες διδασκαλίας όπου πραγματοποιούνται εικονικά εργαστήρια εργαστηρίων για αντοχή υλικών, δομική μηχανική, μεθόδους βελτιστοποίησης και γεωμετρικά μοντέλα, σχεδιασμό αεροσκαφών, επιστήμη υλικών και θερμική επεξεργασία και άλλους τεχνικούς κλάδους. Μερικά από αυτά τα εργαστήρια είναι ελεύθερα διαθέσιμα στον διακομιστή του Κεντρικού Ινστιτούτου Επιστημονικών Ερευνών του SSAU. Οι εικονικές αίθουσες διδασκαλίας περιέχουν περιγραφές τεχνικών αντικειμένων με φωτογραφίες, διαγράμματα, συνδέσμους, σχέδια, βίντεο, ήχο και κινούμενα σχέδια με φλας με μεγεθυντικό φακό για την εξέταση των μικρών λεπτομερειών μιας εικονικής μονάδας. Υπάρχει επίσης η δυνατότητα αυτοελέγχου και εκπαίδευσης. Αυτά είναι τα συμπλέγματα εικονικών συστημάτων CADIS:

• Δοκός - ένα συγκρότημα για την ανάλυση και την κατασκευή διαγραμμάτων δοκών κατά τη διάρκεια της αντοχής των υλικών (μηχανολογία, κατασκευή).
• Δομή - ένα σύμπλεγμα μεθόδων για το σχεδιασμό κυκλωμάτων ισχύος μηχανικών κατασκευών (μηχανολογία, κατασκευή).
• Βελτιστοποίηση - ένα συγκρότημα μαθηματικών μεθόδων βελτιστοποίησης (μαθήματα CAD στη μηχανολογία, κατασκευές).
• Το Spline είναι ένα σύμπλεγμα μεθόδων παρεμβολής και προσέγγισης στη γεωμετρική μοντελοποίηση (μαθήματα CAD).
• I-beam - ένα συγκρότημα για τη μελέτη των προτύπων εργασίας δύναμης δομών με λεπτό τοίχωμα (μηχανολογία, κατασκευή).

• Χημικός - ένα σύνολο συμπλεγμάτων στη χημεία (για γυμνάσιο, εξειδικευμένα λύκεια, προπαρασκευαστικά μαθήματα για πανεπιστήμια).
• Οργανικά - σύμπλοκα στην οργανική χημεία (για πανεπιστήμια).
• Πολυμερή - σύμπλοκα για τη χημεία υψηλομοριακών ενώσεων (για πανεπιστήμια).
• Κατασκευαστής μορίων - πρόγραμμα προσομοιωτή «Κατασκευαστής μορίων».
• Μαθηματικά - ένα συγκρότημα στοιχειωδών μαθηματικών (για υποψήφιους πανεπιστημίου).
• Η φυσική αγωγή είναι ένα συγκρότημα για την υποστήριξη θεωρητικών μαθημάτων φυσικής αγωγής.
• Μεταλλουργός - ένα συγκρότημα μεταλλουργίας και θερμικής επεξεργασίας (για πανεπιστήμια και τεχνικές σχολές).
• Zubrol - ένα συγκρότημα για τη θεωρία μηχανισμών και εξαρτημάτων μηχανών (για πανεπιστήμια και τεχνικές σχολές).

Εικονικά όργανα στο Zapisnyh.Narod.Ru. Ο ιστότοπος Zapisnyh.Narod.Ru θα είναι πολύ χρήσιμος στην εκπαίδευση μηχανικών, όπου μπορείτε να κατεβάσετε εικονικά όργανα σε μια κάρτα ήχου δωρεάν, τα οποία ανοίγουν ευρείες ευκαιρίες για τη δημιουργία εξοπλισμού. Σίγουρα θα ενδιαφέρουν τους δασκάλους και θα είναι χρήσιμοι σε διαλέξεις, σε επιστημονικές εργασίες και σε εργαστήρια σε φυσικούς και τεχνικούς κλάδους. Η γκάμα των εικονικών οργάνων που δημοσιεύονται στον ιστότοπο είναι εντυπωσιακή:

• συνδυασμένη γεννήτρια χαμηλής συχνότητας.
• διφασική γεννήτρια χαμηλής συχνότητας.
• Καταγραφέας παλμογράφου?
• παλμοσκόπιο;
• Συχνόμετρο?
• Χαρακτήρας AC;
• τεχνογράφος?
• ηλεκτρικός μετρητής?
• R, C, L μετρητής;
• οικιακό ηλεκτροκαρδιογράφο?
• χωρητικότητα και εκτιμητής ESR.
• χρωματογραφικά συστήματα KhromProtsessor-7-7M-8;
• συσκευή για τον έλεγχο και τη διάγνωση βλαβών ρολογιών χαλαζία κ.λπ.

Ένα από τα εικονικά όργανα μηχανικής από τον ιστότοπο Zapisnyh.Narod.Ru

Εικονικά εργαστήρια φυσικής

Οικολογικό εικονικό εργαστήριο στο Virtulab .Net.Το περιβαλλοντικό εργαστήριο της πύλης πραγματεύεται τόσο γενικά θέματα ανάπτυξης της Γης όσο και μεμονωμένους νόμους.

1

Περιγράφεται μια μεθοδολογία για τη δημιουργία εργαστηριακών εργασιών στη χημεία χρησιμοποιώντας εικονικά εργαστήρια. Η δημιουργία μιας εικονικής εργαστηριακής εργασίας αποτελείται από τα στάδια του καθορισμού των στόχων της εργαστηριακής εργασίας, της επιλογής ενός εικονικού εργαστηρίου, του προσδιορισμού των δυνατοτήτων ενός εικονικού προσομοιωτή, της προσαρμογής στόχων, του καθορισμού περιεχομένου και διδακτικών εργασιών, της κατάρτισης σεναρίου, της δοκιμής, της διόρθωσης των σενάριο, αξιολόγηση και ανάλυση της αξιοπιστίας της διαδικασίας και του αποτελέσματος του εικονικού πειράματος σε σύγκριση με πλήρους κλίμακας, συντάσσοντας μεθοδολογικές συστάσεις. Παρουσιάζεται ένα μοντέλο της μεθοδολογίας δημιουργίας εικονικών εργαστηριακών εργασιών στη χημεία. Η εννοιολογική και ορολογική συσκευή στο πεδίο της έρευνας έχει αποσαφηνιστεί: δίνονται ορισμοί της εικονικής εργαστηριακής εργασίας στη χημεία, εικονικό χημικό εργαστήριο και εικονικό χημικό πείραμα. Δείχνονται οι μέθοδοι χρήσης εικονικών εργαστηριακών εργασιών στη χημεία κατά τη μελέτη σε πανεπιστήμιο: κατά τη μελέτη νέου υλικού, κατά την ενοποίηση γνώσεων, κατά την προετοιμασία για εργαστηριακή εργασία πλήρους κλίμακας τόσο στην τάξη όσο και σε εξωσχολικές ανεξάρτητες δραστηριότητες.

εκπαίδευση χημείας

εικονικά εργαστήρια

εικονικό πείραμα

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. Ηλεκτρονικά μέσα διδασκαλίας της χημείας. ανάπτυξη και μέθοδοι χρήσης. – Μινσκ: Aversev, 2012. – 206 σελ.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. Εικονική εργαστηριακή εργασία στη διαδραστική διδασκαλία της φυσικής χημείας // Νέα του Ρωσικού Κρατικού Παιδαγωγικού Πανεπιστημίου. ΟΛΑ ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ. Herzen. – 2014. – Αρ. 168. – Σελ.79–84.

3. GOST 15971–90. Συστήματα επεξεργασίας πληροφοριών. Οροι και ορισμοί. - Αντί για GOST 15971-84. εισαγωγή 01/01/1992. - Μ.: Εκδοτικός οίκος προτύπων, 1991. – 12 σελ.

4. Morozov, M. N. Ανάπτυξη ενός εικονικού χημικού εργαστηρίου για τη σχολική εκπαίδευση // Εκπαιδευτικές τεχνολογίες και κοινωνία. – 2004. – Τ 7, Αρ. 3. – Σ 155-164.

5. Pak, M. S. Θεωρία και μεθοδολογία διδασκαλίας της χημείας: ένα εγχειρίδιο για τα πανεπιστήμια. – Αγία Πετρούπολη: Εκδοτικός οίκος του Ρωσικού Κρατικού Παιδαγωγικού Πανεπιστημίου. ΟΛΑ ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ. Herzen, 2015. – 306 σελ.

6. Ομοσπονδιακό κρατικό εκπαιδευτικό πρότυπο τριτοβάθμιας επαγγελματικής εκπαίδευσης στον τομέα της κατάρτισης 050100 Παιδαγωγική εκπαίδευση (προσόντα (πτυχίο) «πτυχίο») (εγκεκριμένο με Διάταγμα του Υπουργείου Παιδείας και Επιστημών της Ρωσικής Ομοσπονδίας της 22ας Δεκεμβρίου 2009 Αρ. 788 ) (όπως τροποποιήθηκε στις 31 Μαΐου 2011 .) [Ηλεκτρονικός πόρος]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (ημερομηνία πρόσβασης: 10/03/15).

7. Virtual Lab / ChemCollective. Online Resources for Teaching and Learning Chemistry [Ηλεκτρονικός πόρος]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (ημερομηνία πρόσβασης: 10/03/15).

Τα εικονικά χημικά εργαστήρια, το εικονικό πείραμα, η εικονική εργαστηριακή εργασία στη χημεία είναι ένας πολλά υποσχόμενος τομέας στη χημική εκπαίδευση, προσελκύοντας φυσικά την προσοχή μαθητών και καθηγητών. Η συνάφεια της εισαγωγής εικονικών εργαστηρίων στην εκπαιδευτική πρακτική καθορίζεται, πρώτον, από τις προκλήσεις πληροφόρησης της εποχής και, δεύτερον, από τις κανονιστικές απαιτήσεις για την οργάνωση της κατάρτισης, δηλαδή τα εκπαιδευτικά πρότυπα. Προκειμένου να εφαρμοστεί η προσέγγιση που βασίζεται στις ικανότητες, τα τρέχοντα Ομοσπονδιακά Κρατικά Εκπαιδευτικά Πρότυπα της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης προβλέπουν την ευρεία χρήση στην εκπαιδευτική διαδικασία ενεργών και διαδραστικών μορφών διεξαγωγής μαθημάτων, συμπεριλαμβανομένων προσομοιώσεων υπολογιστή, σε συνδυασμό με εξωσχολική εργασία για τη διαμόρφωση και να αναπτύξουν τις επαγγελματικές δεξιότητες των μαθητών.

Σε αυτόν τον τομέα, όσον αφορά την επικράτηση και τη ζήτηση, ο ηγέτης είναι το «Χημεία 8-11 τάξεις - Εικονικό Εργαστήριο» του MarSTU, που προορίζεται για μαθητές και υποψήφιους. Διαδραστικές πρακτικές εργασίες και πειράματα στη χημεία VirtuLab (http://www.virtulab.net/) είναι επίσης γνωστά. Σε επίπεδο τριτοβάθμιας εκπαίδευσης, οι ρωσόφωνοι πόροι στην εκπαιδευτική αγορά περιλαμβάνουν εικονικά χημικά εργαστήρια ENK, δικές τους (και, κατά κανόνα, κλειστές) εξελίξεις των πανεπιστημίων και μια σειρά από πόρους σε ξένες γλώσσες. Περιγραφές των διαθέσιμων εικονικών εργαστηρίων στη χημεία έχουν δοθεί περισσότερες από μία φορές και η λίστα τους σίγουρα θα επεκταθεί. Τα εικονικά εργαστήρια παίρνουν με σιγουριά τη θέση τους στην πρακτική διδασκαλίας της χημείας και των χημικών κλάδων, ταυτόχρονα, τα θεωρητικά και μεθοδολογικά θεμέλια της χρήσης τους και η δημιουργία εικονικών εργαστηριακών εργασιών με βάση αυτά μόλις αρχίζουν να διαμορφώνονται. Ακόμη και ο όρος "εικονική εργαστηριακή εργασία στη χημεία" δεν έχει λάβει ακόμη έναν τεκμηριωμένο ορισμό που να υποδηλώνει με ακρίβεια τη σχέση με άλλες έννοιες, συμπεριλαμβανομένης της έννοιας ενός εικονικού εργαστηρίου στη διδασκαλία της χημείας και ενός εικονικού χημικού πειράματος.

Για την αποσαφήνιση της εννοιολογικής και ορολογικής συσκευής, χρησιμοποιούμε τον όρο «χημικό πείραμα» ως αφετηρία, που χρησιμοποιείται στο επιστημονικό πεδίο της θεωρίας και των μεθόδων διδασκαλίας. Το χημικό πείραμα είναι ένα συγκεκριμένο μέσο διδασκαλίας της χημείας, που χρησιμεύει ως πηγή και η πιο σημαντική μέθοδος γνώσης· εισάγει τους μαθητές όχι μόνο σε αντικείμενα και φαινόμενα, αλλά και στις μεθόδους της χημικής επιστήμης. Στη διαδικασία ενός χημικού πειράματος, οι μαθητές αποκτούν την ικανότητα να παρατηρούν, να αναλύουν, να εξάγουν συμπεράσματα και να χειρίζονται εξοπλισμό και αντιδραστήρια. Υπάρχουν: επίδειξη και πείραμα μαθητή/μαθητή. πειράματα (βοήθεια στη μελέτη μεμονωμένων πτυχών ενός χημικού αντικειμένου), εργαστηριακή εργασία (ένα σύνολο εργαστηριακών πειραμάτων επιτρέπει σε κάποιον να μελετήσει πολλές πτυχές χημικών αντικειμένων και διεργασιών), πρακτικές ασκήσεις, εργαστήριο εργαστηρίου. Πείραμα στο σπίτι, ερευνητικό πείραμα κ.λπ. Ένα χημικό πείραμα μπορεί να είναι πλήρους κλίμακας, νοητικό και εικονικό. «Εικονικό» σημαίνει «δυνατό χωρίς φυσική ενσάρκωση». εικονική πραγματικότητα - μίμηση πραγματικής κατάστασης χρησιμοποιώντας συσκευές υπολογιστών. χρησιμοποιείται κυρίως για εκπαιδευτικούς σκοπούς· Από αυτή την άποψη, ένα εικονικό πείραμα ονομάζεται μερικές φορές προσομοίωση ή πείραμα υπολογιστή. Σύμφωνα με την τρέχουσα GOST, "εικονικό" είναι ένας ορισμός που χαρακτηρίζει μια διαδικασία ή μια συσκευή σε ένα σύστημα επεξεργασίας πληροφοριών που φαίνεται να υπάρχει πραγματικά, καθώς όλες οι λειτουργίες του υλοποιούνται με άλλα μέσα. χρησιμοποιείται ευρέως σε σχέση με τη χρήση των τηλεπικοινωνιών. Έτσι, ένα εικονικό χημικό πείραμα είναι ένας τύπος εκπαιδευτικού πειράματος στη χημεία. Η κύρια διαφορά του από το πλήρους κλίμακας είναι το γεγονός ότι το μέσο επίδειξης ή μοντελοποίησης χημικών διεργασιών και φαινομένων είναι η τεχνολογία υπολογιστών· όταν την εκτελεί, ο μαθητής λειτουργεί με εικόνες ουσιών και εξαρτημάτων εξοπλισμού που αναπαράγουν την εμφάνιση και τις λειτουργίες πραγματικών αντικειμένων. , δηλαδή χρησιμοποιεί εικονικό εργαστήριο. Κατανοούμε ένα εικονικό εργαστήριο στη διδασκαλία της χημείας ως μια προσομοίωση υπολογιστή ενός εκπαιδευτικού χημικού εργαστηρίου που υλοποιεί την κύρια λειτουργία του - τη διεξαγωγή ενός χημικού πειράματος για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Τεχνικά, η λειτουργία του εικονικού εργαστηρίου διασφαλίζεται από υλικό και λογισμικό υπολογιστή, ένα διδακτικά - ουσιαστικά και μεθοδολογικά αιτιολογημένο σύστημα υποθέσεων σχετικά με την πορεία της χημικής διαδικασίας που μελετάται ή τις εκδηλώσεις των ιδιοτήτων ενός χημικού αντικειμένου, με βάση η οποία αναπτύσσεται μία από τις πιθανές επιλογές για την απόκριση του εικονικού εργαστηρίου στις ενέργειες του χρήστη. Το εικονικό εργαστήριο λειτουργεί ως στοιχείο ενός εκπαιδευτικού περιβάλλοντος πληροφορικής υψηλής τεχνολογίας, αποτελώντας μέσο δημιουργίας και πραγματοποίησης ενός εικονικού πειράματος. Η εικονική εργαστηριακή εργασία στη χημεία είναι ένα εικονικό χημικό πείραμα με τη μορφή ενός συνόλου πειραμάτων που ενώνονται με τον κοινό στόχο της μελέτης ενός χημικού αντικειμένου ή διαδικασίας.

Ας εξετάσουμε τη μεθοδολογία για τη δημιουργία μιας εικονικής εργαστηριακής εργασίας στη χημεία (το μοντέλο της φαίνεται στο Σχήμα 1) χρησιμοποιώντας ένα συγκεκριμένο παράδειγμα εργαστηριακής εργασίας με θέμα "Λύσεις".

Ρύζι. 1. Υπόδειγμα μεθοδολογίας δημιουργίας εικονικών εργαστηριακών εργασιών στη χημεία

Η δημιουργία μιας εικονικής εργαστηριακής εργασίας αποτελείται από τα στάδια του καθορισμού των στόχων της εργαστηριακής εργασίας, της επιλογής ενός εικονικού εργαστηρίου, του προσδιορισμού των δυνατοτήτων ενός εικονικού προσομοιωτή, της προσαρμογής στόχων, του καθορισμού ουσιαστικών και διδακτικών εργασιών, της κατάρτισης σεναρίου, της δοκιμής, της αξιολόγησης και ανάλυση της αξιοπιστίας της διαδικασίας και του αποτελέσματος του εικονικού πειράματος σε σύγκριση με το πραγματικό, σενάριο διόρθωσης και προετοιμασία μεθοδολογικών συστάσεων.

Το στάδιο καθορισμού στόχων περιλαμβάνει τη διαδικασία επιλογής των στόχων της προγραμματισμένης εργαστηριακής εργασίας με τον καθορισμό των ορίων επιτρεπόμενων αποκλίσεων για την επίτευξη εκπαιδευτικού αποτελέσματος με τα πιο αποτελεσματικά και αποδεκτά μέσα, λαμβάνοντας υπόψη υλικό, τεχνικό, χρόνο, ανθρώπινο δυναμικό, όπως καθώς και τα προσωπικά και ηλικιακά χαρακτηριστικά των μαθητών. Στο παράδειγμά μας, ο στόχος ήταν να προετοιμάσουμε λύσεις και να μελετήσουμε τις ιδιότητές τους. Η εργασία έχει σχεδιαστεί για ανεξάρτητες εξωσχολικές εκπαιδευτικές δραστηριότητες των μαθητών. Το θέμα των λύσεων καλύπτεται στα περισσότερα πανεπιστημιακά μαθήματα χημείας· επιπλέον, οι δεξιότητες προετοιμασίας και εργασίας με λύσεις είναι ζητούμενες στην καθημερινή ζωή και σχεδόν σε οποιαδήποτε επαγγελματική δραστηριότητα. Ως εκ τούτου, οι στόχοι της εργασίας περιελάμβαναν: ενοποίηση των δεξιοτήτων για τον υπολογισμό της μοριακής και ποσοστιαίας συγκέντρωσης ενός διαλύματος, την απαιτούμενη ποσότητα ουσίας και διαλύτη για την παρασκευή ενός διαλύματος δεδομένης συγκέντρωσης. ανάπτυξη του αλγορίθμου και της τεχνικής των εργασιών για την παρασκευή λύσεων (ζύγιση ουσιών, μέτρηση όγκου, κ.λπ.). μελέτη φαινομένων που συμβαίνουν κατά τη διάλυση - απελευθέρωση ή απορρόφηση θερμότητας, διάσταση, αλλαγή ηλεκτρικής αγωγιμότητας, μεταβολή του pH του μέσου κ.λπ.

Στάδιο επιλογής εικονικού εργαστηρίου. Η επιλογή ενός εικονικού εργαστηρίου καθορίζεται από μια σειρά περιστάσεων: τον τρόπο πρόσβασης στον πόρο, τις οικονομικές συνθήκες χρήσης του, τη γλώσσα και την πολυπλοκότητα της διεπαφής και φυσικά το περιεχόμενο, δηλαδή τις δυνατότητες που αυτό το εργαστήριο παρέχει ή δεν παρέχει στον χρήστη την επίτευξη των στόχων της προγραμματισμένης εργαστηριακής εργασίας. Εστιάσαμε σε εργαστήρια με ανοιχτή ελεύθερη πρόσβαση, για εργασία με την οποία οι δεξιότητες υπολογιστή σε επίπεδο χρήστη θα ήταν επαρκείς, εγκαταλείποντας αρχικά εργαστήρια με χαμηλό βαθμό διαδραστικότητας, επιτρέποντας δηλαδή μόνο επιλογές για παθητική παρατήρηση της χημικής εμπειρίας. Έχοντας μελετήσει διάφορα έργα, τόσο διεπιστημονικά όσο και θεματικά, καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι κανένα από τα γνωστά σε εμάς εργαστήρια δεν πληροί πλήρως τις απαιτήσεις, δηλαδή: να επιτρέπει στον σπουδαστή να παρασκευάσει ένα διάλυμα δεδομένης συγκέντρωσης χρησιμοποιώντας προυπολογισμένες ποσότητες διαλυμένης ουσίας και διαλύτη πραγματοποιώντας εργασίες ζύγισης, μέτρηση όγκου, διάλυσης, βεβαιώνοντας ότι η προετοιμασία είναι σωστή και παρατηρώντας επίσης τις διαδικασίες που συνοδεύουν τη διάλυση. Παρόλα αυτά, εγκατασταθήκαμε στο εικονικό εργαστήριο IrYdiumChemistryLab, το πλεονέκτημα του οποίου είναι η δυνατότητα παρέμβασης στο πρόγραμμα και σχεδίασης του δικού σας εικονικού πειράματος.

Η αναγνώριση των δυνατοτήτων του εικονικού προσομοιωτή του επιλεγμένου εργαστηρίου έδειξε τα εξής. Όσον αφορά το σύνολο των αντιδραστηρίων, υπάρχουν διαλύματα διαφόρων συγκεντρώσεων (19 MNaOH, 15 MHClO4 και άλλα), το νερό ως ο σημαντικότερος διαλύτης, αλλά πρακτικά όχι στερεά. Ωστόσο, η εφαρμογή Εργαλείο συγγραφής σάς επιτρέπει να εισάγετε πρόσθετα αντιδραστήρια στο εργαστήριο χρησιμοποιώντας τα θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά των ουσιών. Ο εξοπλισμός περιλαμβάνει ένα σετ γυάλινων σκευών μέτρησης διαφορετικών βαθμών ακρίβειας (κύλινδροι, πιπέτες, προχοΐδες), αναλυτικές ζυγαριές, pH μετρητής, αισθητήρας θερμοκρασίας, θερμαντικό στοιχείο, καθώς και ένα applet που δείχνει τη συγκέντρωση σωματιδίων στο διάλυμα. Δεν παρέχεται η δυνατότητα μελέτης τέτοιων χαρακτηριστικών του διαλύματος όπως η ηλεκτρική αγωγιμότητα, το ιξώδες και η επιφανειακή τάση. Οι διεργασίες σε ένα εικονικό εργαστήριο λαμβάνουν χώρα σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, γεγονός που περιορίζει τη μελέτη της ταχύτητας των χημικών διεργασιών. Με βάση τις δυνατότητες του εικονικού προσομοιωτή, οι στόχοι διορθώθηκαν, ειδικότερα, αποκλείστηκε η μελέτη της ηλεκτρικής αγωγιμότητας των διαλυμάτων, αλλά προστέθηκε η μελέτη της επίδρασης της θερμοκρασίας στη διαλυτότητα των ουσιών. Κατά τον καθορισμό των στόχων της εργαστηριακής εργασίας, προχωρήσαμε από τα αναμενόμενα αποτελέσματα: οι μαθητές θα πρέπει να αναπτύξουν πρακτικές δεξιότητες στην προετοιμασία λύσεων, συμπεριλαμβανομένης της γνώσης των αλγορίθμων μεμονωμένων λειτουργιών, θα πρέπει να καταλήξουν σε συμπεράσματα σχετικά με την αλλαγή στον αριθμό των σωματιδίων σε μια λύση κατά τη διάρκεια της διάσταση ισχυρών και αδύναμων ηλεκτρολυτών, σχετικά με την αναλογία του αριθμού των ανιόντων και κατιόντων στην περίπτωση διάλυσης ασύμμετρων ηλεκτρολυτών, σχετικά με τα αίτια των θερμικών επιδράσεων κατά τη διάλυση.

Επισημαίνουμε το στάδιο του καθορισμού των εργασιών της εργαστηριακής εργασίας που δημιουργείται ως σημαντικό στοιχείο της διαδικασίας σχεδιασμού των δραστηριοτήτων των μαθητών· εδώ είναι απαραίτητο να προγραμματίσουμε τι χειρισμούς θα πρέπει να εκτελέσουν οι μαθητές στο πλαίσιο αυτής της εργαστηριακής εργασίας και τι να παρατηρήστε (σημαντικές εργασίες), και ποια συμπεράσματα και σε ποια βάση θα πρέπει να βγουν μετά την ολοκλήρωσή του (διδακτικές εργασίες), ποιες δεξιότητες να αποκτήσετε. Για παράδειγμα, κατακτήστε τον αλγόριθμο ενεργειών κατά την προετοιμασία ενός δεδομένου όγκου διαλύματος από ένα ζυγισμένο τμήμα: υπολογίστε τη μάζα της ουσίας, ζυγίστε την, μετρήστε τον όγκο του υγρού / φέρτε τον στον απαιτούμενο όγκο. να κατέχουν τις τεχνικές εργασίας με αναλυτικούς ζυγούς και εργαλεία μέτρησης. Παρατηρήστε πώς οι συγκεντρώσεις των σωματιδίων (μόρια, ιόντα) στο διάλυμα σχετίζονται με τη διάλυση ηλεκτρολυτών και μη ηλεκτρολυτών, συμμετρικών και ασύμμετρων ηλεκτρολυτών, ισχυρών και ασθενών ηλεκτρολυτών, εξάγετε συμπεράσματα σχετικά με τη διαλυτότητα, τις θερμικές επιδράσεις κατά τη διάλυση κ.λπ.

Το επόμενο βήμα στη δημιουργία εργαστηριακής εργασίας είναι η δημιουργία ενός σεναρίου, δηλαδή μια λεπτομερής περιγραφή κάθε εμπειρίας ξεχωριστά και ο καθορισμός της θέσης και του ρόλου αυτής της εμπειρίας στην εργαστηριακή εργασία, λαμβάνοντας υπόψη ποια προβλήματα θα συμβάλει και πώς να εργαστείτε επίτευξη των στόχων της εργαστηριακής εργασίας στο σύνολό της. Στην πράξη, η σύνταξη ενός σεναρίου πραγματοποιείται ταυτόχρονα με τη δοκιμή, δηλαδή τη δοκιμαστική εκτέλεση πειραμάτων που βοηθούν στην αποσαφήνιση και τη λεπτομέρεια του σεναρίου. Το σενάριο αντικατοπτρίζει κάθε ενέργεια και αντίδραση του εικονικού εργαστηρίου σε αυτό. Το σενάριο βασίζεται σε εργασίες όπως «Προετοιμάστε 49 g διαλύματος CuSO4 0,4%» ή «Παρασκευάστε 35 ml διαλύματος CuSO4 0,1 mol/l από τον κρυσταλλικό του ένυδρο (CuSO4∙5H2O).» Κατά την κατάρτιση μιας εργασίας, λαμβάνεται υπόψη η διαθεσιμότητα κατάλληλων αντιδραστηρίων και εξοπλισμού στο εικονικό εργαστήριο και η τεχνική σκοπιμότητα ολοκλήρωσης μιας τέτοιας εργασίας. Στο παράδειγμά μας, το σενάριο, εκτός από την πλευρά του υπολογισμού, περιλάμβανε επίσης μια σειρά από ενέργειες και τεχνικές που προσομοιώνουν την παρασκευή ενός διαλύματος σε πραγματικό εργαστήριο. Για παράδειγμα, κατά τη ζύγιση, η ξηρή ουσία δεν πρέπει να τοποθετείται απευθείας στο τηγάνι ζύγισης, αλλά πρέπει να χρησιμοποιείται ειδικό δοχείο. χρησιμοποιήστε τη συνάρτηση απόβαρου. Όπως στην πραγματικότητα, η ουσία θα πρέπει να προστεθεί στη ζυγαριά σε μικρές μερίδες· μια πιθανή τυχαία υπέρβαση της υπολογισμένης μάζας θα έχει ως αποτέλεσμα την εκ νέου έναρξη της λειτουργίας. Παρέχεται η επιλογή χημικών γυαλικών κατάλληλου όγκου, η ακριβής μέτρηση του όγκου του υγρού «κατά μήκος του κάτω μηνίσκου» και η χρήση άλλων ειδικών τεχνικών. Μετά την προετοιμασία, οι ιδιότητες του προκύπτοντος διαλύματος (μοριακή συγκέντρωση ιόντων, pH) αντικατοπτρίζονται στις μικροεφαρμογές του εικονικού εργαστηρίου, το οποίο σας επιτρέπει να ελέγξετε την ορθότητα της εργασίας. Εκτελώντας μια σειρά πειραμάτων, οι μαθητές θα λάβουν δεδομένα βάσει των οποίων θα μπορούν να βγάλουν συμπεράσματα σχετικά με τη συγκέντρωση ιόντων σε διαλύματα ισχυρών και αδύναμων ηλεκτρολυτών, το pH των διαλυμάτων υδρολυμένων ουσιών ή την εξάρτηση από τη θερμική επίδραση της διάλυσης στην ποσότητα του διαλύτη και στη φύση της ουσίας κ.λπ.

Ως παράδειγμα, εξετάστε τη μελέτη των θερμικών επιδράσεων κατά τη διάλυση ουσιών. Το σενάριο περιλαμβάνει πειράματα για τη διάλυση ξηρών αλάτων (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3). Με βάση τη μεταβολή της θερμοκρασίας του διαλύματος, οι μαθητές θα πρέπει να συμπεράνουν την πιθανότητα τόσο των ενδόθερμων όσο και των εξώθερμων επιδράσεων της διάλυσης. Η διατύπωση των εργασιών σε κάθε περίπτωση μπορεί να ποικίλλει και εξαρτάται από το είδος του πειράματος - ερευνητικό ή επεξηγηματικό. Για παράδειγμα, μπορείτε να περιοριστείτε στο συμπέρασμα σχετικά με την παρουσία τέτοιων επιδράσεων ή να συμπεριλάβετε στο σενάριο την παρασκευή διαλυμάτων αλάτων με διαφορετικές μάζες της διαλυμένης ουσίας με την ίδια μάζα του διαλύτη (παρασκευάστε διαλύματα που περιέχουν 50 g της ουσίας σε 100 g νερού, 10 g της ουσίας σε 100 g νερού) και αντίστροφα, πειράματα με σταθερή ποσότητα διαλυμένης ουσίας και ποικίλη μάζα διαλύτη. παρασκευή διαλυμάτων από άνυδρα άλατα και τις κρυσταλλικές υδρίτες τους και παρακολούθηση των μεταβολών της θερμοκρασίας κατά τη διάλυσή τους. Κατά την εκτέλεση τέτοιων πειραμάτων, οι μαθητές πρέπει να απαντήσουν στις ερωτήσεις «Πώς διαφέρουν οι αλλαγές θερμοκρασίας όταν διαλύονται ίσες ποσότητες ανύδρων αλάτων και των κρυσταλλικών ενυδάτων τους; Γιατί η διάλυση των ανύδρων αλάτων συμβαίνει με την απελευθέρωση περισσότερης θερμότητας από ό,τι στην περίπτωση των κρυσταλλικών υδριτών;» και βγάλτε ένα συμπέρασμα για το τι επηρεάζει το πρόσημο της θερμικής επίδρασης της διάλυσης. Ανάλογα με τους στόχους και τους στόχους της εργασίας, το σενάριο θα περιλαμβάνει πολλά πειράματα ή πολλές σειρές πειραμάτων, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι στον εικονικό χώρο όλα γίνονται πολύ πιο γρήγορα από ό,τι σε ένα πραγματικό εργαστήριο και δεν χρειάζονται τόσο πολλά χρόνος όσο μπορεί να φαίνεται με την πρώτη ματιά.

Κατά τη διαδικασία δοκιμής, είναι απαραίτητο να αξιολογηθεί και να αναλυθεί η αξιοπιστία της διαδικασίας και του αποτελέσματος του εικονικού πειράματος σε σύγκριση με το πραγματικό, δηλαδή να βεβαιωθείτε ότι η μοντελοποίηση και τα παραγόμενα αποτελέσματα του εικονικού πειράματος δεν έρχονται σε αντίθεση με την πραγματικότητα, δηλαδή δεν θα παραπλανήσουν τον χρήστη.

Οι μεθοδολογικές συστάσεις βασίζονται σε ένα συγκεντρωμένο και δοκιμασμένο σενάριο, αλλά δεν πρέπει να ξεχνάμε ότι απευθύνονται σε μαθητές και εκτός από σαφείς οδηγίες και εργασίες, πρέπει να περιέχουν περιγραφή των αναμενόμενων αποτελεσμάτων που σχετίζονται με τους στόχους, να έχουν αναφορές σε θεωρητικές υλικό και παραδείγματα.

Το αποτέλεσμα της δημιουργίας εικονικών εργαστηριακών εργασιών είναι η υλοποίησή της στη μαθησιακή διαδικασία, οδηγώντας σε αύξηση της ποιότητας της απόκτησης γνώσης και κατάκτησης των σχετικών ικανοτήτων. Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την «ενσωμάτωση» της εικονικής εργαστηριακής εργασίας στη χημεία στην εκπαιδευτική διαδικασία ενός πανεπιστημίου.Όταν μελετάτε νέο υλικό για την καλύτερη κατανόηση και κατάκτησή του, κατά τη γνώμη μας, είναι σκόπιμο να διεξάγετε σύντομες εικονικές εργαστηριακές εργασίες για την ενημέρωση της γνώσης ή επιδεικνύουν τα υπό μελέτη φαινόμενα, γεγονός που δημιουργεί αντικειμενικές συνθήκες για την εφαρμογή ενεργών και διαδραστικών μορφών μάθησης, που απαιτείται από το ισχύον εκπαιδευτικό πρότυπο. Σε αυτή την περίπτωση, η εικονική εργαστηριακή εργασία μπορεί να αντικαταστήσει ένα παραδοσιακό πείραμα επίδειξης. Επιπλέον, εξετάζουμε τις δυνατότητες χρήσης εικονικών εργαστηριακών εργασιών για την εδραίωση γνώσεων και δεξιοτήτων τόσο στην τάξη όσο και στις εξωσχολικές ανεξάρτητες δραστηριότητες. Μια άλλη επιλογή για τη χρήση εικονικών εργαστηριακών εργασιών στη διαδικασία διδασκαλίας της χημείας είναι η προετοιμασία των μαθητών για την εκτέλεση εργαστηριακών εργασιών πλήρους κλίμακας. Εκτελώντας σωστά συντεθειμένες εικονικές εργαστηριακές εργασίες στη χημεία, οι μαθητές, πρώτον, εξασκούν τις δεξιότητες επίλυσης προβλημάτων υπολογισμού σε αυτό το θέμα, δεύτερον, ενοποιούν τον αλγόριθμο και την τεχνική για την εκτέλεση ενός χημικού πειράματος, τρίτον, μαθαίνουν τους νόμους της ροής των χημικών διεργασιών με ενεργή συμμετοχή στη διαδικασία εκπαίδευσης.

Η προτεινόμενη μεθοδολογία δημιουργίας εικονικών εργαστηριακών εργασιών στη χημεία εξοπλίζει τους εκπαιδευτικούς με επιστημονικά βασισμένα εργαλεία για τη διεξαγωγή μαθημάτων χημείας και χημικών κλάδων σε διαδραστική μορφή σε συνδυασμό με εξωσχολική εργασία, προκειμένου να διαμορφωθούν και να αναπτυχθούν οι επαγγελματικές δεξιότητες των μαθητών.

Αξιολογητές:

Rogovaya O. G., Διδάκτωρ Παιδαγωγικών Επιστημών, Καθηγητής, Επικεφαλής του Τμήματος Χημικής και Περιβαλλοντικής Εκπαίδευσης του Ρωσικού Κρατικού Παιδαγωγικού Πανεπιστημίου με το όνομα A.I. Herzen, Αγία Πετρούπολη;

Piotrovskaya K.R., Διδάκτωρ Παιδαγωγικών Επιστημών, Καθηγητής, Καθηγητής του Τμήματος Μεθόδων Διδακτικής των Μαθηματικών και της Πληροφορικής του Ρωσικού Κρατικού Παιδαγωγικού Πανεπιστημίου με το όνομα A.I. Herzen, Αγία Πετρούπολη.

Βιβλιογραφικός σύνδεσμος

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΕΙΚΟΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΩΝ ΕΡΓΩΝ ΣΤΗ ΧΗΜΕΙΑ // Σύγχρονα προβλήματα επιστήμης και εκπαίδευσης. – 2015. – Αρ. 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (ημερομηνία πρόσβασης: 02/01/2020). Φέρνουμε στην προσοχή σας περιοδικά που εκδίδονται από τον εκδοτικό οίκο "Ακαδημία Φυσικών Επιστημών"

Σύμφωνα με τα Ομοσπονδιακά Κρατικά Εκπαιδευτικά Πρότυπα Τριτοβάθμιας Επαγγελματικής Εκπαίδευσης στους τομείς σπουδών που υλοποιούνται στη Χημική Σχολή του Ρωσικού Κρατικού Παιδαγωγικού Πανεπιστημίου. ΟΛΑ ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ. Herzen, η οργάνωση της εκπαιδευτικής διαδικασίας θα πρέπει να περιλαμβάνει τη χρήση ενεργών και διαδραστικών μορφών διεξαγωγής μαθημάτων, συμπεριλαμβανομένων προσομοιώσεων υπολογιστή. Τα μαθήματα που διεξάγονται με αυτές τις μορφές πρέπει να αντιπροσωπεύουν τουλάχιστον το 30 τοις εκατό του χρόνου στην τάξη.

Ερμηνεύοντας τις ενεργές και διαδραστικές μορφές διεξαγωγής μαθημάτων από την άποψη της συμπερίληψης των μαθητών σε εντατική άμεση ή έμμεση εκπαιδευτική αλληλεπίδραση, θα πρέπει να αναγνωριστεί ότι τα προγράμματα κατάρτισης υπολογιστών που βασίζονται στις αρχές της τεχνολογικοποίησης, της καινοτομίας, της εξατομίκευσης, της διαφοροποίησης, της ολοκλήρωσης ανοίγουν νέες ευκαιρίες στην οργάνωση του αλληλεπίδραση των θεμάτων μάθησης, το περιεχόμενο και τη φύση των δραστηριοτήτων τους. Ειδικότερα, στη διδασκαλία της χημείας, μια τέτοια προσέγγιση συμβάλλει στην αύξηση του επιπέδου αφομοίωσης της γνώσης χημικών πληροφοριών και της ικανότητας εφαρμογής της, στην ανάπτυξη των ικανοτήτων των μαθητών για ολοκληρωμένη και δημιουργική σκέψη και στη διαμόρφωση γενικευμένων δεξιοτήτων για την επίλυση προβληματικών καταστάσεων. .

Η βελτίωση των ηλεκτρονικών εργαλείων μάθησης οδήγησε στον εκσυγχρονισμό της εκπαιδευτικής διαδικασίας στο σύνολό της: οι διαλέξεις πραγματοποιούνται σε λειτουργία παρουσίασης, χρησιμοποιούνται διαδραστικές μέθοδοι παρουσίασης εκπαιδευτικού υλικού για τη διεξαγωγή πρακτικών μαθημάτων και σεμιναρίων, τα τεστ και οι εξετάσεις γίνονται με έλεγχο μηχανών.

Κατά τη διδασκαλία της χημείας, το πιο συντηρητικό μέρος της εκπαιδευτικής διαδικασίας παραμένει το εργαστήριο, η σκοπιμότητα της πλήρους μεταφοράς του στη λειτουργία ηλεκτρονικής μάθησης δεν είναι ακόμη απολύτως σαφής. Ωστόσο, ειδικές ευκαιρίες για την εφαρμογή της διαδραστικής μάθησης εδώ δημιουργούνται από ένα νέο είδος εκπαιδευτικού χημικού πειράματος - ένα εικονικό εργαστήριο.

Ένα εικονικό εργαστήριο νοείται ως ένα πρόγραμμα υπολογιστή που σας επιτρέπει να προσομοιώσετε μια χημική διαδικασία σε έναν υπολογιστή, να αλλάξετε τις συνθήκες και τις παραμέτρους της εφαρμογής της. Κατά την εκτέλεση εικονικών εργαστηριακών εργασιών, ο μαθητής χειρίζεται δείγματα ουσιών και εξαρτημάτων εξοπλισμού που αναπαράγουν την εμφάνιση και τις λειτουργίες πραγματικών αντικειμένων.

Από τη μία πλευρά, οι θετικές πτυχές ενός εικονικού εργαστηρίου είναι προφανείς - οι σύγχρονες τεχνολογίες υπολογιστών σε ορισμένες περιπτώσεις καθιστούν δυνατή την απομάκρυνση από την πραγματική διεξαγωγή χημικών διεργασιών χωρίς απώλεια της ποιότητας των πληροφοριών που λαμβάνονται. Ιδιαίτερη ανάγκη για τη διενέργεια εικονικών εργαστηριακών εργασιών προκύπτει, πρώτα απ 'όλα, κατά τη διάρκεια της αλληλογραφίας και της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης, καθώς και όταν οι μαθητές εργάζονται για τα χαμένα μαθήματα, την έλλειψη πολύπλοκου εξοπλισμού και τα ακριβά ή απρόσιτα αντιδραστήρια. Επιπλέον, για ορισμένες εργασίες, οι δυνατότητες μηχανογραφημένης εργαστηριακής πρακτικής εργασίας είναι ευρύτερες από τις παραδοσιακές. Έτσι, οι μαθητές έχουν την ευκαιρία να μελετήσουν αντιδράσεις με ουσίες που απαγορεύονται για χρήση στην εκπαιδευτική διαδικασία, δεν υπάρχουν χρονικοί περιορισμοί, ο μαθητής μπορεί να κάνει την εργασία (ή να προετοιμαστεί για αυτήν) εκτός της ώρας της τάξης και να την επαναλάβει πολλές φορές.

Παρά τα πλεονεκτήματα και την προφανή ανάγκη για εκπαιδευτική πρακτική σε εικονικά εργαστήρια, ο αριθμός και η εμπειρία τους στη χρήση τους στη διαδραστική και εξ αποστάσεως εκπαίδευση σε χημικούς κλάδους, για παράδειγμα, φυσική χημεία, στην ξένη και εγχώρια πρακτική δεν είναι τόσο μεγάλη. Τα εικονικά εργαστήρια χημείας δημιουργούνται κυρίως για τη δευτεροβάθμια γενική εκπαίδευση («Εικονικό Εργαστήριο Χημείας για Βαθμούς ISO 8-11»). Όσον αφορά την τριτοβάθμια εκπαίδευση, υπάρχει περιορισμένος αριθμός εικονικών χημικών εργαστηρίων κυρίως στην ανόργανη, γενική και οργανική χημεία για μη χημικές περιοχές/προφίλ κατάρτισης, σχεδόν όλα στα αγγλικά, σε ορισμένες περιπτώσεις απαιτείται εγγραφή και πληρωμή για τη χρήση της πλήρους έκδοσης: Chemlab, Crocodile Chemistry 605 και το εκπαιδευτικό προϊόν «Yenka», προσαρμοσμένο για ρωσικά σχολεία, που δημιουργήθηκε με βάση το, Virtual Chemistry Laboratory, Dartmouth ChemLab - ένας διαδραστικός οδηγός για την εκτέλεση εργαστηριακών εργασιών στη γενική χημεία, που στην πραγματικότητα δεν είναι εικονικό εργαστήριο) , συλλογές οπτικοποιήσεων και προσομοιώσεων υπολογιστή Chemistry Experiment Simulations και Virtlab: A Virtual Laboratory και πολλά άλλα.

Ειδικά εικονικά εργαστήρια φυσικής χημείας δεν εκπροσωπούνται καθόλου στην αγορά εκπαιδευτικών προϊόντων. Φυσικά, τα πανεπιστήμια, όποτε είναι δυνατόν, δημιουργούν εικονικές εργαστηριακές εργασίες στη φυσική χημεία, λαμβάνοντας υπόψη τις ιδιαιτερότητές τους, τις περισσότερες φορές για εργασία με τους δικούς τους φοιτητές. Για παράδειγμα, το προϊόν λογισμικού «Module of Applied Chemistry» (MPH), που αναπτύχθηκε στο τμήμα του IU-6 MSTU. Ν.Ε. Μπάουμαν. Σύμφωνα με το πρόγραμμα σπουδών του κλάδου «Φυσική Χημεία», αναμένεται να εκτελεστεί μια σειρά εργαστηριακών εργασιών, συμπεριλαμβανομένων των θεμάτων «Θερμοχημεία», «Ισορροπίες φάσεων», «Επιφανειακά φαινόμενα».

Χάρη στο MPH, κατέστη δυνατή η πραγματοποίηση εργαστηριακών εργασιών σε αυτά τα θέματα σε πραγματικό χρόνο (Real Time), εφαρμόζοντας ένα μικτό μοντέλο εξ αποστάσεως εκπαίδευσης. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η εικονική εργαστηριακή εργασία στο Ινστιτούτο Τεχνολογιών Τροφίμων του Kemerovo.

Το επίπεδο τέτοιων εξελίξεων είναι πολύ διαφορετικό τόσο από τεχνική όσο και από μεθοδολογική άποψη και η χρήση τους είναι περιορισμένη. Ο ανεξάρτητος σχεδιασμός και η εφαρμογή ενός στενά εξειδικευμένου εκπαιδευτικού περιβάλλοντος πληροφοριών είναι μια πολύ περίπλοκη εργασία, που απαιτεί ειδική βάση λειτουργίας, ομάδα προγραμματιστών, δασκάλων και χημικών, καθώς και μεγάλο χρόνο και οικονομικό κόστος. Πιστεύουμε ότι θα ήταν καταλληλότερο να προσαρμόσουμε ή να δημιουργήσουμε, εντός του υπάρχοντος εικονικού εργαστηρίου, τη δική μας εικονική εργαστηριακή εργασία που να ανταποκρίνεται στις ιδιαιτερότητες αυτού του OOP και του προγράμματος πειθαρχίας. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήσαμε το εικονικό εργαστήριο του έργου The ChemCollective για να δημιουργήσουμε τα δικά μας εικονικά εργαστηριακά έργα φυσικής χημείας.

IrYdium Chemistry Lab, τα πλεονεκτήματα του οποίου ήταν ένα ικανοποιητικό σύνολο εικονικών αντιδραστηρίων και φυσικών και χημικών οργάνων, μια μερικώς ρωσισμένη φιλική προς τον χρήστη διεπαφή, ένα ενσωματωμένο πρόγραμμα ανάπτυξης εργασιών και δωρεάν χρήση που επιτρέπεται από τους προγραμματιστές.

Δημιουργήθηκε από εμάς με βάση το IrYdium Chemistry Lab και δοκιμάστηκε σε εργαστήριο φυσικής χημείας στο Ρωσικό Κρατικό Παιδαγωγικό Πανεπιστήμιο με το όνομά του. ΟΛΑ ΣΥΜΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ. Οι εικονικές εργαστηριακές εργασίες Herzen είναι προσομοιώσεις πειραματικής εργασίας ενός πραγματικού εργαστηρίου με θέμα "Θερμοχημεία": "Προσδιορισμός της θερμότητας της διάλυσης του άλατος", "Προσδιορισμός της θερμικής επίδρασης του σχηματισμού κρυσταλλικού ένυδρου από άνυδρο αλάτι και νερό" , «Προσδιορισμός της θερμότητας εξουδετέρωσης ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση», η υλοποίηση του οποίου προβλέπονται προγράμματα εργασίας του ακαδημαϊκού κλάδου «Φυσική Χημεία». Κάθε εργασία περιλαμβάνει μεγάλη ποικιλία εργασιών (ουσίες υπό μελέτη, μάζα/όγκος τους) και παρέχεται με μεθοδολογικές οδηγίες για μαθητές και καθηγητές. Η πρόοδος της εικονικής εργαστηριακής εργασίας είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στη διεξαγωγή ενός πραγματικού χημικού πειράματος. Χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα υπολογιστή, ο μαθητής εκτελεί ορισμένες ενέργειες που έχει σκεφτεί σύμφωνα με μια συγκεκριμένη εργασία: επιλέγει αντιδραστήρια, ζυγίζει, μετρά όγκους, καταγράφει τις αλλαγές θερμοκρασίας, κάνει παρατηρήσεις (με τη μορφή εικονικών εικόνων), επεξεργάζεται, συνοψίζει και αναλύει. τα πειραματικά αποτελέσματα σε μια αναφορά.

Παρά τα περιγραφόμενα πλεονεκτήματα, με την ανάπτυξη των τεχνολογιών διδασκαλίας υπολογιστών, το ζήτημα της ανάγκης δημιουργίας εικονικών εργαστηριακών εργασιών και της μερικής ή ολικής μεταφοράς εργαστηρίων από εργαστήρια σε τάξεις υπολογιστών συζητείται όλο και περισσότερο.

Ταυτόχρονα, ορισμένοι συγγραφείς εξηγούν την ανάγκη για μια τέτοια μετάβαση από το υψηλό κόστος του εργαστηριακού εξοπλισμού, άλλοι από την έλλειψη χρόνου πόρων ή την ενοποίηση των εκπαιδευτικών προγραμμάτων σύμφωνα με τη Διακήρυξη της Μπολόνια κ.λπ. Ωστόσο, το κύριο μειονέκτημα του εικονικό εργαστήριο είναι η έλλειψη άμεσης επαφής μεταξύ του μαθητή και του αντικειμένου της έρευνας, των οργάνων και του εξοπλισμού.

Όπως οι περισσότεροι από τους συναδέλφους μας, πιστεύουμε ότι το αντικείμενο μελέτης της χημείας είναι μια ουσία που έχει ένα σύνολο χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων που ούτε το πιο προηγμένο μοντέλο υπολογιστή δεν μπορεί να αναπαράγει. Η προσέγγιση του προβλήματος της δημιουργίας εικονικών εργαστηριακών εργασιών και η εφαρμογή τους στην εκπαιδευτική διαδικασία πρέπει να λαμβάνει υπόψη τις ιδιαιτερότητες της χημικής πειθαρχίας προκειμένου να αποτραπεί η παραγωγή ενός στρατού «εικονικών» ειδικών που έχουν εμπειρία εργασίας μόνο με εξιδανικευμένα μοντέλα. και όχι με πραγματικά αντικείμενα και φαινόμενα, ενώ το επίπεδο Η ευθύνη τους όταν εργάζονται στην παραγωγή είναι τόσο μεγάλη που καθορίζει όχι μόνο την περιβαλλοντική ασφάλεια, αλλά και την ίδια την ύπαρξη του γύρω κόσμου.

Η εμπειρία από τη χρήση εικονικών εργαστηριακών εργασιών σε εργαστήριο χημείας έχει δείξει ότι είναι προτιμότερος ο συνδυασμός ενός εικονικού και ενός πραγματικού πειράματος, στο οποίο ένα μοντέλο υπολογιστή της διαδικασίας που μελετάται έχει μια βοηθητική λειτουργία προετοιμασίας του μαθητή για ενέργειες με πραγματικά αντικείμενα. Ένα εικονικό εργαστήριο σάς επιτρέπει να επεξεργαστείτε μια μεθοδολογία για τη μελέτη μιας πραγματικής διαδικασίας, να προβλέψετε πιθανά σφάλματα κατά τη δημιουργία και τη διεξαγωγή ενός πειράματος, να επιταχύνετε τη μαθηματική επεξεργασία και ερμηνεία των δεδομένων που λαμβάνονται και να συντάξετε μια αναφορά. Ο δάσκαλος έχει μια πραγματική ευκαιρία να θέσει στους μαθητές το καθήκον να καθορίσουν τις βέλτιστες συνθήκες του πειράματος. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα εικονικό χημικό πείραμα αφού μελετηθούν οι ιδιότητες του μοντέλου, το οποίο επιτρέπει στους μαθητές να δικαιολογήσουν εύλογα τις συνθήκες για τη διεξαγωγή ενός πραγματικού πειράματος. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα στην περίπτωση εργασίας με επικίνδυνα χημικά αντικείμενα (για παράδειγμα, συμπυκνωμένα οξέα και αλκάλια, εύφλεκτες ή τοξικές ουσίες), τότε τα εικονικά εργαστήρια θα πρέπει να χρησιμοποιούνται στα πρώτα στάδια και μόνο αφού αποκτήσετε τις απαιτούμενες δεξιότητες, προχωρήστε, εάν απαραίτητο, για εργασία με πραγματικά αντικείμενα.

Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι η εικονική εργαστηριακή εργασία και άλλες προσομοιώσεις υπολογιστή που προσφέρουμε δεν μπορούν και δεν πρέπει να αντικαταστήσουν ένα πραγματικό χημικό πείραμα, ωστόσο, υπάρχουν πολλές περιπτώσεις όπου η χρήση ενός εικονικού εργαστηρίου είναι ο προτιμώμενος ή ο μόνος δυνατός τρόπος μάθησης. Πρώτα απ 'όλα, πρόκειται για εκπαίδευση εξ αποστάσεως, όταν ο φοιτητής δεν είναι σωματικά παρών στο εργαστήριο, για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης ή πλήρους απασχόλησης λόγω ασθένειας ή λόγω πρακτικής άσκησης στο εξωτερικό. Επιπλέον, υπάρχει ανάγκη αναπλήρωσης των χαμένων μαθημάτων, ανάγκη προετοιμασίας/εκπαίδευσης πριν από την πραγματοποίηση πραγματικών εργαστηριακών εργασιών κ.λπ. Με διαδραστικές μορφές διεξαγωγής μαθημάτων, η εικονική εργαστηριακή εργασία επιτρέπει μια οπτική και αξιόπιστη προσομοίωση σε υπολογιστή μιας φυσικής και χημικής διαδικασίας, προκαλώντας και παρατηρώντας την απόκριση του συστήματος σε εξωτερικές επιρροές, συμπεριλαμβανομένου του μέγιστου αριθμού μαθητών στην τάξη σε παραγωγική εκπαιδευτική αλληλεπίδραση.

Έτσι, από την άποψή μας, οι ενεργές και διαδραστικές μορφές μαθημάτων χημείας θα πρέπει να περιέχουν τόσο πραγματικά πειράματα σε σύγχρονο εξοπλισμό όσο και εικονικές εργαστηριακές εργασίες για τη μελέτη χημικών διεργασιών σε μια βέλτιστη, επιστημονικά τεκμηριωμένη αναλογία, η οποία θα επιτρέψει τη δυναμική ανάπτυξη του δομή και μεθοδολογία διδασκαλίας της χημείας με βάση τα πιο σύγχρονα επιτεύγματα της επιστήμης, της τεχνολογίας και των μεθόδων γνώσης. εικονική επίθεση εκπαίδευσης συνεργασίας