Virtuālais darbs ķīmijā. Virtuālās laboratorijas tālmācībai, universitātēm un skolām

Vizualizācija ir viena no efektīvākajām mācību metodēm, kas palīdz daudz vieglāk un dziļāk izprast dažādu parādību būtību, ne velti uzskates līdzekļi tiek izmantoti kopš seniem laikiem. Vizualizācija un modelēšana ir īpaši noderīga, pētot dinamiskus, laikā mainīgus objektus un parādības, kuras var būt grūti saprotamas, aplūkojot vienkāršu statisku attēlu parastajā mācību grāmatā. Laboratorijas darbi un izglītojoši eksperimenti ir ne tikai noderīgi, bet arī ļoti interesanti – ar atbilstošu organizāciju, protams.

Ne visus izglītojošos eksperimentus var vai vajadzētu veikt “reālā” režīmā. Nav pārsteidzoši, ka datormodelēšanas tehnoloģijas ātri nonāca šajā jomā. Tagad tirgū ir pieejamas vairākas programmatūras pakotnes, kas paredzētas virtuālo izglītības eksperimentu veikšanai. Šajā pārskatā tiks aplūkots salīdzinoši jauns šādu risinājumu aspekts: virtuālās tiešsaistes laboratorijas. Ar viņu palīdzību jūs varat veikt datoreksperimentus, neiegādājoties papildu programmas, un jebkurā ērtā laikā jums būtu pieejams internets.

Šobrīd šāda veida modernu tīklu projektu attīstībā ir vērojamas vairākas tendences. Pirmā ir izkliedēšana ievērojamā resursu daudzumā. Līdzās lieliem projektiem, kuros tiek uzkrāts ievērojams satura apjoms, ir daudz vietņu, kurās ir neliels skaits laboratoriju. Otra tendence ir gan daudznozaru projektu klātbūtne, kas piedāvā laboratorijas dažādām zināšanu jomām, gan tematiski specializēti projekti. Visbeidzot, jāatzīmē, ka dabaszinātnēm veltītās laboratorijas vislabāk ir pārstāvētas tiešsaistē. Patiešām: fiziskie eksperimenti kopumā var būt ļoti dārgs pasākums, taču datorlaboratorija ļauj ielūkoties sarežģītu procesu aizkulisēs. Arī ķīmija nāk par labu: nav jāiegādājas īsti reaģenti, laboratorijas aprīkojums, un nav jābaidās kļūdas gadījumā kaut ko sabojāt. Tikpat auglīga lauks virtuālo laboratoriju darbnīcām ir bioloģija un ekoloģija. Nav noslēpums, ka detalizēta bioloģiskā objekta izpēte bieži beidzas ar tā nāvi. Ekoloģiskās sistēmas ir lielas un sarežģītas, tāpēc virtuālo modeļu izmantošana ļauj vienkāršot to uztveri.

Mūsu pārskatā ir iekļauti vairāki interesantākie tiešsaistes projekti, gan daudznozaru, gan tematiski. Visi tīmekļa resursi šajā pārskatā ir vietnes ar atvērtu, bezmaksas piekļuvi.

VirtuLab

VirtuLab resurss ir lielākā virtuālās pieredzes kolekcija dažādās akadēmiskajās disciplīnās mūsdienu RuNet. Kolekcijas galvenā vienība ir virtuāls eksperiments. No tehniskā viedokļa šis ir interaktīvs video, kas veidots, izmantojot Adobe Flash. Dažas laboratorijas ir izgatavotas trīsdimensiju grafikā. Lai strādātu ar tiem, jums būs jāinstalē Adobe Shockwave Player ar Havok Physics Scene pievienojumprogrammu. Šo papildinājumu varat atrast vietnē director-online.com. Iegūtais arhīvs ir jāizsaiņo Adobe Shockwave Player Xtras direktorijā, kas atrodas Windows sistēmas direktorijā.

VirtuLab resurss ir lielākā virtuālo tiešsaistes kolekcija
laboratorijaskrieviski

Katrs videoklips ļauj veikt eksperimentu, kam ir izglītojošs mērķis un skaidrs uzdevums. Lietotājam tiek piedāvāti visi instrumenti un objekti, kas nepieciešami rezultāta iegūšanai. Uzdevumi un padomi tiek parādīti kā īsziņas. VirtuLab videoklipiem ir spēcīgs izglītojošs aspekts, piemēram, ja lietotājs kļūdās, sistēma neļaus viņam tālāk, kamēr kļūda netiks novērsta.

VirtuLab eksperimentu kolekcija ir diezgan plaša un daudzveidīga. VirtuLab nav sava iebūvēta meklētājprogramma, tāpēc, lai atrastu vajadzīgo eksperimentu, atliek tikai ritināt kataloga sadaļas. Arhīvs ir sadalīts četros galvenajos blokos: “Fizika”, “Ķīmija”, “Bioloģija” un “Ekoloģija”. To ietvaros ir šaurākas tematiskās sadaļas. Jo īpaši fizikā tās ir šīs disciplīnas sadaļas. Ir eksperimenti, lai iepazītos ar mehāniku, elektriskajiem un optiskajiem efektiem. Vairākas laboratorijas ir izstrādātas 3D grafikā, kas palīdz demonstrēt dažādus eksperimentus: no eksperimentiem ar dinamometriem līdz refrakcijai un citiem optiskiem efektiem.

“Bioloģijā” sadalījuma pamatā bija skolas mācību programmas klases. Uzdevumu saturs šeit var būt ļoti atšķirīgs. Līdz ar to ir uzdevumi dažādu dzīvo organismu uzbūves īpatnību izpētei (piemēram, konstrukciju komplekts visu veidu organismu salikšanai no piedāvātajām “detaļām”) un uzdevumi, kas imitē darbu ar mikroskopu un dažādu audu preparātiem.

PhET vietne ir daudznozaru Java sīklietotņu kolekcija,
ar kuru varat strādāt gan tiešsaistē, gan lokālajā datorā

Atsevišķi sadaļā Cutting Edge Research ir izceltas jaunākajiem pētījumiem veltītās demonstrācijas. Arhīvā regulāri parādās jauni vienumi; tiem ir veltīta sadaļa New Sims.

Pievērsiet uzmanību apakšsadaļai Translated Sims. Šajā lapā ir saraksts ar visām valodām, kurās ir tulkotas piedāvātās virtuālās laboratorijas. Viņu vidū ir arī kāds krievs - šodien šeit ir tieši piecdesmit šādu eksperimentu. Interesanti, ka demonstrāciju skaits angļu, serbu un ungāru valodā ir gandrīz vienāds. Ja vēlaties, varat piedalīties tulkošanas demonstrācijās. Šim nolūkam tiek piedāvāta īpaša lietojumprogramma PhET Translation Utility.

Kas ir PhET demonstrācijas un kas no tām var gūt labumu? Tie ir balstīti uz Java tehnoloģiju. Tas ļauj veikt eksperimentus tiešsaistē, lejupielādēt sīklietotnes vietējā datorā un iegult tos citās tīmekļa lapās kā logrīkus. Visas šīs iespējas ir pieejamas katrā PhET demonstrācijas lapā.

Visi PhET eksperimenti ir interaktīvi. Tajos ir viens vai vairāki uzdevumi, kā arī visu to risināšanai nepieciešamo elementu kopums. Tā kā risinājums parasti ir pietiekami detalizēti izskaidrots teksta piezīmēs, galvenais demonstrāciju mērķis ir vizualizēt un izskaidrot efektus, nevis pārbaudīt lietotāja zināšanas un prasmes. Tādējādi viens no ķīmiskās sadaļas demonstrējumiem ierosina izveidot molekulas no piedāvātajiem atomiem un aplūkot rezultāta trīsdimensiju vizualizāciju. Bioloģiskajā sadaļā ir kalkulators cilvēka kaloriju patēriņa bilancei dienas laikā: var norādīt patērētās pārtikas veidus un daudzumus, kā arī fizisko slodzi. Tad atliek tikai novērot izmaiņas eksperimentālajā “mazajā cilvēkā” noteiktā vecumā, augumā un sākotnējā svarā. Matemātikas sadaļa lepojas ar ļoti noderīgiem rīkiem dažādu funkciju zīmēšanai, aritmētiskām spēlēm un citām interesantām lietojumprogrammām. Fizikas sadaļa piedāvā plašu "laboratoriju" klāstu, kas demonstrē dažādas parādības - no vienkāršas kustības līdz kvantu mijiedarbībai.

PhET
Atzīme: 4
Interfeisa valoda: Pieejama angļu, krievu valoda
Izstrādātājs: Kolorādo Universitāte
Tīmekļa vietne: phet.colorado.edu

Volframa demonstrāciju projekts

Ļoti vērtīgs tiešsaistes laboratoriju avots ir daudznozaru Wolfram demonstrāciju projekts. Projekta mērķis ir uzskatāmi demonstrēt mūsdienu zinātnes un tehnoloģiju koncepcijas. Wolfram apgalvo, ka ir vienota platforma, lai izveidotu vienotu tiešsaistes interaktīvo laboratoriju katalogu. Tas, pēc tā izstrādātāju domām, ļaus lietotājiem izvairīties no problēmām, kas saistītas ar neviendabīgu mācību resursu un izstrādes platformu izmantošanu.

Wolfram Demonstrations Project katalogā ir vairāk nekā 7 tūkst.
virtuālās laboratorijas

Šī vietne ir daļa no liela interneta projekta Wolfram. Wolfram demonstrāciju projektam pašlaik ir iespaidīgs vairāk nekā 7000 interaktīvu demonstrāciju katalogs.

Laboratoriju un demonstrāciju izveides tehnoloģiskais pamats ir Wolfram Mathematica pakete. Lai skatītu demonstrācijas, jums būs jālejupielādē un jāinstalē īpašais Wolfram CDF Player, kura izmērs ir nedaudz vairāk par 150 MB.

Projektu katalogs sastāv no 11 galvenajām sadaļām, kas saistītas ar dažādām zināšanu nozarēm un cilvēka darbību. Ir lielas fizikālās, ķīmiskās un matemātiskās sadaļas, kā arī tās, kas veltītas tehnoloģijām un inženierzinātnēm. Bioloģijas zinātnes ir labi pārstāvētas. Modeļu sarežģītības līmeņi, kā arī prezentācijas līmeņi ir ļoti dažādi. Katalogā ir iekļauti diezgan sarežģīti demonstrējumi, kas paredzēti augstākajai izglītībai, daudzas laboratorijas ir veltītas jaunāko zinātnes sasniegumu ilustrēšanai. Tajā pašā laikā vietnē ir arī sadaļas, kas paredzētas bērniem. Valodas barjera var radīt zināmas neērtības: Wolfram projekts pašlaik ir tikai angļu valodā. Tomēr demonstrācijās un laboratorijās ir maz teksta, vadības rīki ir diezgan vienkārši, un tos ir viegli saprast bez uzvednēm.

Nav konkrētu uzdevumu vai kontroles pār to izpildi. Taču saturu nevar vienkārši nosaukt par prezentācijām vai video. Wolfram demonstrācijās ir pietiekami daudz interaktivitātes. Gandrīz visos no tiem ir rīki, kas palīdz mainīt attēlojamo objektu parametrus, tādējādi veicot virtuālus eksperimentus ar tiem. Tas veicina dziļāku izpratni par demonstrētajiem procesiem un parādībām.

Volframa demonstrāciju projekts
Novērtējums: 4
Interfeisa valoda: Angļu
Izstrādātājs: Volframa demonstrāciju projekts un līdzstrādnieki
Tīmekļa vietne: demonstrations.wolfram.com

IrYdium ķīmijas laboratorija

Papildus “vairāku nozaru” projektiem mūsdienu tīmeklī ir arī daudzas specializētas tiešsaistes laboratorijas, kas veltītas noteiktām zinātnēm. Sāksim ar The ChemCollective, projektu, kas veltīts ķīmijas izpētei. Tajā ir daudz tematisku materiālu angļu valodā. Viena no interesantākajām sadaļām ir sava virtuālā laboratorija ar nosaukumu IrYdium Chemistry Lab. Tās struktūra ievērojami atšķiras no visiem iepriekš apspriestajiem projektiem. Fakts ir tāds, ka šeit netiek piedāvāti konkrēti, konkrēti eksperimenti ar saviem uzdevumiem. Tā vietā lietotājam tiek dota gandrīz pilnīga rīcības brīvība.

IrYdium tiešsaistes ķīmijas laboratorija ir atšķirīga
augsta iestatīšanas un darbības elastība

Laboratorija tika izveidota Java sīklietotnes veidā. Starp citu, to var lejupielādēt un palaist vietējā datorā - atbilstošā lejupielādes saite atrodas projekta galvenajā lapā.

Sīklietotnes saskarne ir sadalīta vairākās zonās. Vidū ir darbvieta, kurā tiek parādīta eksperimenta norise. Labā kolonna ir sava veida “informācijas panelis” - tajā tiek parādīta informācija par notiekošajām reakcijām: temperatūra, skābums, molaritāte un citi papildu dati. Sīklietotnes kreisajā pusē atrodas tā sauktā “Reaģentu noliktava”. Šis ir visu veidu virtuālo reaģentu komplekts, kas izveidots hierarhiska koka veidā. Šeit var atrast skābes, bāzes, indikatorvielas un visu pārējo, kas nepieciešams eksperimentālajam ķīmiķim. Lai strādātu ar tiem, tiek piedāvāta laba dažādu laboratorijas stikla trauku izvēle, deglis, svari un cits aprīkojums. Rezultātā lietotāja rīcībā ir labi aprīkota laboratorija ar ļoti ierobežotām eksperimentēšanas iespējām.

Tā kā šeit nav konkrētu uzdevumu, eksperimenti tiek veikti lietotājam vajadzīgā un interesantā veidā. Atliek tikai atlasīt nepieciešamās vielas, izveidot eksperimentālu uzstādījumu, izmantojot piedāvāto virtuālo aprīkojumu, un sākt reakciju. Ir ļoti ērti, ka iegūto vielu var pievienot reaģentu kolekcijai, lai to izmantotu turpmākajos eksperimentos.

Kopumā tas izrādījās interesants un noderīgs resurss, ko raksturo augsta izmantošanas elastība. Ja ņemam vērā gandrīz pilnīgu programmas tulkojumu krievu valodā, tad IrYdium Chemistry Lab var kļūt par ļoti noderīgu rīku ķīmisko pamatzināšanu apgūšanai.

IrYdium ķīmijas laboratorija
Atzīme: 5
Interfeisa valoda: krievu angļu
Izstrādātājs: ChemCollective
Tīmekļa vietne: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

“Virtuālā laboratorija” teachmen.ru

Šis ir otrais Krievijas projekts mūsu pārskatā. Šis resurss specializējas fizikālās parādībās. Virtuālo laboratoriju darbības joma neaprobežojas tikai ar skolas mācību programmu. Viņu piedāvātā tiešsaistes pieredze, ko izstrādājuši Čeļabinskas Valsts universitātes speciālisti, ir piemērota ne tikai skolēniem, bet arī studentiem. No tehniskā viedokļa šis resurss ir Flash un Java kombinācija, tāpēc jums būs iepriekš jāpārbauda Java virtuālās mašīnas atjauninājumi jūsu datorā.

Projekta “Virtuālā laboratorija” uzdevumi ir dažādi
augstākas grūtības

Šeit esošo laboratoriju dizains ir shematisks un stingrs. Šķiet, ka parādās savdabīgi animācijas attēli no mācību grāmatas. To uzsver mācību sesiju pavadīšanai paredzēto materiālu pieejamība. Galvenais uzsvars šādos eksperimentos tiek likts uz konkrētu uzdevumu veikšanu un lietotāja zināšanu pārbaudi.

Projekta katalogā ir ducis galveno tematisko sadaļu - no mehānikas līdz atomu un kodolfizikai. Katrā no tām ir līdz desmit atbilstošām interaktīvajām virtuālajām laboratorijām. Tiek piedāvāti arī ilustrēti lekciju konspekti, daži ar saviem virtuālajiem eksperimentiem.

Šeit diezgan rūpīgi tiek atveidota eksperimentētāja darba vide. Ierīces tiek demonstrētas diagrammu veidā, tiek piedāvāts veidot grafikus un atlasīt atbildes no pieejamajām iespējām. Eksperimenti “Virtuālajā laboratorijā” ir sarežģītāki nekā VirtuLab. Resursu kolekcijā ir eksperimenti atomu un kodolfizikā, lāzerfizikā, kā arī “atomu konstruktors”, kas piedāvā salikt atomu no dažādām elementārdaļiņām. Notiek eksperimenti par starojuma avota atrašanu un neitralizēšanu, pēta lāzeru īpašības. Turklāt ir arī “mehāniskās” laboratorijas, kas galvenokārt paredzētas skolēniem.

Tiešsaistes laboratorijas

Papildus lieliem resursiem ar desmitiem un simtiem virtuālu eksperimentālu vietņu internetā, ir daudz mazu vietņu, kas piedāvā vairākus interesantus eksperimentus par noteiktu, parasti šauru tēmu.

Labs sākumpunkts, meklējot nelielu virtuālu
laboratorijasvar kļūt par projektu Online Labs in

Šādā situācijā, lai atrastu nepieciešamos demonstrējumus, noteikti noderēs katalogu projekti, kas apkopo un sistematizē saites uz šādām vietnēm. Tiešsaistes laboratorijas direktorijā (onlinelabs.in) var būt labs sākumpunkts. Šis resurss apkopo un sistematizē saites uz projektiem, kas piedāvā brīvi pieejamus tiešsaistes eksperimentus un laboratorijas dažādās zinātnes nozarēs. Katrai zinātnei ir atbilstoša sadaļa. Projekta interešu jomas galvenokārt ir fizika, ķīmija un bioloģija. Šīs sadaļas ir lielākās un vislabāk atjauninātās. Turklāt pamazām tiek aizpildīti anatomijai, astronomijai, ģeoloģijai un matemātikai veltītie dati. Katrā sadaļā ir saites uz attiecīgajiem interneta resursiem ar īsu kopsavilkumu angļu valodā, kurā aprakstīts konkrētas laboratorijas mērķis.

“Virtuālā laboratorija” teachmen.ru
Atzīme: 3
Valoda: krievu valoda
Izstrādātājs:Čeļabinskas Valsts universitāte
Tīmekļa vietne:

Globālā izglītība un zinātniskais process pēdējos gados tik skaidri mainās, bet nez kāpēc mazāk runā par revolucionāriem jauninājumiem un to pavērtajām iespējām, bet vairāk par vietējiem eksāmenu skandāliem. Tikmēr izglītības procesa būtību skaisti atspoguļo angļu sakāmvārds “You can lead a horse to water, but you can make it drink.”

Mūsdienu izglītība būtībā dzīvo dubultu dzīvi. Viņa oficiālajā dzīvē ir programma, noteikumi, eksāmeni, “bezjēdzīga un nežēlīga” cīņa par mācību priekšmetu sastāvu skolas kursā, oficiālā stāvokļa vektoru un izglītības kvalitāti. Un viņa reālajā dzīvē, kā likums, ir koncentrēts viss, ko reprezentē mūsdienu izglītība: digitalizācija, e-mācības, mobilās mācības, apmācība, izmantojot Coursera, UoPeople un citas tiešsaistes iestādes, vebināri, virtuālās laboratorijas utt. Tas viss pagaidām nav kļuvis par daļu. no vispārpieņemtās globālās izglītības paradigmas, bet lokāli izglītības un pētniecības darba digitalizācija jau notiek.

MOOC apmācības (Massive Open Online Courses, masu lekcijas no atvērtiem avotiem) ir lieliski piemērotas ideju, formulu un citu teorētisko zināšanu nodošanai nodarbībās un lekcijās. Bet, lai pilnībā apgūtu daudzas disciplīnas, ir nepieciešama arī praktiska apmācība - digitālā mācīšanās "izjuta" šo evolucionāro vajadzību un radīja jaunu "dzīves formu" - virtuālās laboratorijas, savas skolas un universitātes izglītībai.

Zināma e-mācību problēma: pārsvarā tiek mācīti teorētiskie priekšmeti. Iespējams, nākamais tiešsaistes izglītības attīstības posms būs praktisko jomu aptveršana. Un tas notiks divos virzienos: pirmais ir līgumisks prakses deleģēšana uz fiziski esošām augstskolām (piemēram, medicīnas gadījumā), un otrs ir virtuālo laboratoriju attīstība dažādās valodās.

Kāpēc mums ir vajadzīgas virtuālās laboratorijas vai virtuālās laboratorijas?

• Sagatavoties reālam laboratorijas darbam.
• Skolas klasēm, ja nav pieejami atbilstoši apstākļi, materiāli, reaģenti un aprīkojums.
• Tālmācībai.
• Patstāvīgai disciplīnu apguvei pieaugušajiem vai kopā ar bērniem, jo ​​daudzi pieaugušie viena vai otra iemesla dēļ izjūt nepieciešamību “atcerēties” to, kas skolā nekad nav apgūts vai saprasts.
• Zinātniskajam darbam.
• Augstākajai izglītībai ar svarīgu praktisko komponentu.

Virtuālo laboratoriju veidi. Virtuālās laboratorijas var būt divdimensiju vai 3D; vienkāršākais pamatskolas skolēniem un sarežģīts, praktisks vidusskolēniem un vidusskolēniem, studentiem un skolotājiem. Viņu pašu virtuālās laboratorijas ir izstrādātas dažādām disciplīnām. Visbiežāk tās ir fizika un ķīmija, taču ir arī diezgan oriģinālas, piemēram, ekologu virtuallab.

Īpaši nopietnām universitātēm ir savas virtuālās laboratorijas, piemēram, akadēmiķa S.P.Koroļeva vārdā nosauktā Samaras Valsts aviācijas un kosmosa universitāte un Berlīnes Maksa Planka Zinātņu vēstures institūts (MPIWG). Atcerēsimies, ka Makss Planks ir vācu teorētiskais fiziķis, kvantu fizikas pamatlicējs. Institūta virtuālajai laboratorijai pat ir oficiāla vietne. Jūs varat noskatīties prezentāciju, izmantojot šo saiti Virtuālā laboratorija: Eksperimentalizācijas vēstures izpētes rīki. Tiešsaistes laboratorija ir platforma, kurā vēsturnieki publicē un apspriež savus pētījumus par eksperimentu tēmu dažādās zinātnes jomās (no fizikas līdz medicīnai), mākslā, arhitektūrā, medijos un tehnoloģijās. Tajā ir arī ilustrācijas un teksti par dažādiem eksperimentālo aktivitāšu aspektiem: instrumenti, eksperimentu gaita, filmas, zinātnieku fotogrāfijas uc Studenti var izveidot savu kontu šajā virtuālajā laboratorijā un pievienot zinātniskus darbus diskusijai.

Maksa Planka Zinātnes vēstures institūta virtuālā laboratorija

Virtulab portāls

Diemžēl krievu valodas virtuālo laboratoriju izvēle joprojām ir maza, taču tas ir laika jautājums. E-apmācības izplatība skolēnu un studentu vidū, digitalizācijas masveida iespiešanās izglītības iestādēs vienā vai otrā veidā radīs pieprasījumu, un tad viņi sāks masveidā attīstīt skaistas modernas virtuālās laboratorijas dažādās disciplīnās. Par laimi, jau ir diezgan attīstīts specializēts portāls, kas veltīts virtuālajām laboratorijām - Virtulab.Net. Tas piedāvā diezgan jaukus risinājumus un aptver četras disciplīnas: fiziku, ķīmiju, bioloģiju un ekoloģiju.

Virtuālā laboratorija 3D fizikai Virtulab .Net

Virtuālās inženierijas prakse

Virtulab.Net vēl nenorāda inženierzinātnes starp savām specializācijām, taču ziņo, ka tur izvietotās fizikas virtuālās laboratorijas var būt noderīgas arī inženierzinātņu tālmācībā. Galu galā, piemēram, lai izveidotu matemātiskos modeļus, ir nepieciešama dziļa izpratne par modelēšanas objektu fizisko būtību. Kopumā inženiertehniskajām virtuālajām laboratorijām ir milzīgs potenciāls. Inženieru izglītība lielā mērā ir orientēta uz praksi, taču šādas virtuālās laboratorijas joprojām reti izmanto universitātēs, jo digitālās izglītības tirgus inženierzinātņu jomā ir nepietiekami attīstīts.

CADIS sistēmas (SSAU) uz problēmām orientēti izglītības kompleksi. Lai stiprinātu tehnisko speciālistu apmācību, Koroļeva vārdā nosauktā Samara Aerospace University ir izstrādājusi savu inženiertehnisko virtuālo laboratoriju. SSAU Jauno informācijas tehnoloģiju centrs (CNIT) ir izveidojis “CADIS sistēmas uz problēmām orientētus izglītības kompleksus”. Saīsinājums CADIS nozīmē “automatizēto mācību rīku kompleksu sistēma”. Tās ir īpašas klases, kurās notiek virtuālās laboratorijas semināri par materiālu stiprību, konstrukciju mehāniku, optimizācijas metodēm un ģeometrisko modelēšanu, lidmašīnu projektēšanu, materiālu zinātni un termisko apstrādi un citām tehniskajām disciplīnām. Dažas no šīm darbnīcām ir brīvi pieejamas SSAU Centrālā zinātniski pētnieciskā institūta serverī. Virtuālās klasēs ir tehnisko objektu apraksti ar fotogrāfijām, diagrammām, saitēm, zīmējumiem, video, audio un zibatmiņas animācijām ar palielināmo stiklu, lai izpētītu virtuālās vienības mazās detaļas. Ir arī pašpārbaudes un apmācības iespēja. Lūk, kādi ir CADIS virtuālās sistēmas kompleksi:

• Sijas - komplekss siju diagrammu analīzei un konstruēšanai materiālu stiprības gaitā (mašīnbūve, būvniecība).
• Struktūra - mehānisko konstrukciju (mašīnbūve, būvniecība) jaudas ķēžu projektēšanas metožu komplekss.
• Optimizācija - optimizācijas matemātisku metožu komplekss (CAD kursi mašīnbūvē, būvniecībā).
• Splains ir interpolācijas un aproksimācijas metožu komplekss ģeometriskajā modelēšanā (CAD kursi).
• I-beam - komplekss plānsienu konstrukciju spēka darba modeļu izpētei (mašīnbūve, būvniecība).

• Ķīmiķis - kompleksu komplekts ķīmijā (vidusskolai, specializētajiem licejiem, sagatavošanas kursiem augstskolām).
• Organiskā - kompleksi organiskajā ķīmijā (universitātēm).
• Polimēri - kompleksi uz augstmolekulāro savienojumu ķīmiju (universitātēm).
• Molekulu konstruktors - simulatora programma “Molekulu konstruktors”.
• Matemātika - elementārās matemātikas komplekss (augstskolas reflektantiem).
• Fiziskā izglītība ir komplekss fiziskās audzināšanas teorētisko kursu atbalstam.
• Metalurgs - metalurģijas un termiskās apstrādes komplekss (universitātēm un tehniskajām skolām).
• Zubrol - mehānismu un mašīnu detaļu teorijas komplekss (universitātēm un tehniskajām skolām).

Virtuālie instrumenti vietnē Zapisnyh.Narod.Ru. Inženieru izglītībā ļoti noderēs vietne Zapisnyh.Narod.Ru, kurā bez maksas var lejupielādēt virtuālos instrumentus Skaņas kartē, kas paver plašas iespējas iekārtu veidošanai. Tie noteikti interesēs skolotājus un noderēs lekcijās, zinātniskajā darbā un laboratorijas darbnīcās dabas un tehniskajās disciplīnās. Vietnē ievietoto virtuālo instrumentu klāsts ir iespaidīgs:

• kombinēts zemfrekvences ģenerators;
• divfāžu zemfrekvences ģenerators;
• osciloskopa ierakstītājs;
• osciloskops;
• frekvences mērītājs;
• maiņstrāvas raksturagrāfs;
• tehnogrāfs;
• elektriskais skaitītājs;
• R, C, L metrs;
• mājas elektrokardiogrāfs;
• kapacitātes un ESR novērtētājs;
• hromatogrāfijas sistēmas KhromProtsessor-7-7M-8;
• ierīce kvarca pulksteņu defektu pārbaudei un diagnostikai utt.

Viens no virtuālajiem inženierijas instrumentiem no vietnes Zapisnyh.Narod.Ru

Fizikas virtuālās laboratorijas

Ekoloģiskā virtuālā laboratorija vietnē Virtulab .Net. Portāla vides laboratorija risina gan vispārīgus Zemes attīstības jautājumus, gan atsevišķus likumus.

1

Aprakstīta metodika laboratorijas darbu veidošanai ķīmijā, izmantojot virtuālās laboratorijas. Virtuālās laboratorijas darba izveide sastāv no laboratorijas darba mērķu noteikšanas, virtuālās laboratorijas izvēles, virtuālā simulatora iespēju apzināšanas, mērķu pielāgošanas, satura un didaktisko uzdevumu noteikšanas, skripta sastādīšanas, testēšanas, labošanas posmiem. skriptu, novērtējot un analizējot virtuālā eksperimenta procesa un rezultāta ticamību salīdzinājumā ar pilna mēroga, izstrādājot metodiskos ieteikumus. Tiek prezentēts virtuālo laboratorijas darbu veidošanas metodikas modelis ķīmijā. Precizēts konceptuālais un terminoloģiskais aparāts pētniecības jomā: dotas virtuālās laboratorijas darba ķīmijā, virtuālās ķīmijas laboratorijas un virtuālā ķīmiskā eksperimenta definīcijas. Tiek parādītas virtuālo laboratorijas darbu izmantošanas metodes ķīmijā, studējot augstskolā: apgūstot jaunu materiālu, nostiprinot zināšanas, gatavojoties pilna apjoma laboratorijas darbam gan auditorijā, gan ārpusstundu patstāvīgajā darbībā.

ķīmijas apmācība

virtuālās laboratorijas

virtuāls eksperiments

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. Elektroniskie līdzekļi ķīmijas mācīšanai; izstrāde un izmantošanas metodes. – Minska: Aversev, 2012. – 206 lpp.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. Virtuālais laboratorijas darbs interaktīvā fizikālās ķīmijas mācībā // Krievijas Valsts pedagoģiskās universitātes ziņas. A.I. Herzens. – 2014. – Nr.168. – P.79–84.

3. GOST 15971–90. Informācijas apstrādes sistēmas. Termini un definīcijas. - GOST 15971-84 vietā; ievade 01/01/1992. - M.: Standartu apgāds, 1991. – 12 lpp.

4. Morozovs, M. N. Virtuālās ķīmijas laboratorijas attīstība skolu izglītībai // Izglītības tehnoloģijas un sabiedrība. – 2004. – T 7, Nr.3. – P 155-164.

5. Pak, M. S. Ķīmijas mācīšanas teorija un metodika: mācību grāmata universitātēm. – Sanktpēterburga: Krievijas Valsts pedagoģiskās universitātes izdevniecība. A.I. Herzen, 2015. – 306 lpp.

6. Federālais valsts augstākās profesionālās izglītības standarts apmācības jomā 050100 Pedagoģiskā izglītība (kvalifikācija (grāds) “bakalaurs”) (apstiprināts ar Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrijas 2009. gada 22. decembra rīkojumu Nr. 788 ) (grozījumi izdarīti 2011. gada 31. maijā .) [Elektroniskais resurss]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (piekļuves datums: 10.03.15.).

7. Virtuālā laboratorija / ChemCollective. Tiešsaistes resursi ķīmijas mācīšanai un apguvei [elektroniskais resurss]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (piekļuves datums: 10.03.15.).

Virtuālās ķīmijas laboratorijas, virtuālais eksperiments, virtuālais laboratorijas darbs ķīmijā ir perspektīva joma ķīmijas izglītībā, dabiski piesaistot skolēnu un skolotāju uzmanību. Virtuālo laboratoriju ieviešanas aktualitāti izglītības praksē nosaka, pirmkārt, tā laika informatīvie izaicinājumi, otrkārt, normatīvās prasības apmācību organizēšanai, tas ir, izglītības standarti. Lai īstenotu uz kompetencēm balstītu pieeju, pašreizējie federālie augstākās izglītības valsts izglītības standarti paredz izglītības procesā plaši izmantot aktīvas un interaktīvas nodarbību vadīšanas formas, tostarp datorsimulācijas, kombinācijā ar ārpusstundu darbu, lai veidotu. un attīstīt studentu profesionālās prasmes.

Šajā jomā izplatības un pieprasījuma ziņā līderis ir MarSTU “Ķīmija 8-11 klase - virtuālā laboratorija”, kas paredzēta skolēniem un reflektantiem; Plaši zināmi ir arī interaktīvie praktiskie darbi un eksperimenti ķīmijā VirtuLab (http://www.virtulab.net/). Augstākās izglītības līmenī krievu valodas resursi izglītības tirgū ietver ENK virtuālās ķīmiskās laboratorijas, universitāšu pašu (un parasti slēgtās) izstrādes un vairākus resursus svešvalodās. Pieejamo ķīmijas virtuālo laboratoriju apraksti ir sniegti vairāk nekā vienu reizi, un to saraksts noteikti tiks papildināts. Virtuālās laboratorijas pārliecinoši ieņem savu vietu ķīmijas un ķīmijas disciplīnu mācīšanas praksē, tajā pašā laikā tikai sāk veidoties to izmantošanas teorētiskie un metodiskie pamati un uz tiem balstīta virtuālās laboratorijas darbu veidošana. Pat termins “virtuālais laboratorijas darbs ķīmijā” vēl nav saņēmis pamatotu definīciju, kas precīzi apzīmē saistību ar citiem jēdzieniem, tostarp virtuālās laboratorijas jēdzienu ķīmijas mācīšanā un virtuālo ķīmisko eksperimentu.

Konceptuālā un terminoloģiskā aparāta precizēšanai kā sākumpunkts tiek izmantots termins “ķīmiskais eksperiments”, kas tiek lietots teorijas un mācību metožu zinātnes jomā. Ķīmiskais eksperiments ir specifisks ķīmijas mācīšanas līdzeklis, kas kalpo kā zināšanu avots un svarīgākā metode, iepazīstina skolēnus ne tikai ar objektiem un parādībām, bet arī ar ķīmijas zinātnes metodēm. Ķīmiskā eksperimenta procesā studenti apgūst spēju novērot, analizēt, izdarīt secinājumus, rīkoties ar iekārtām un reaģentiem. Ir: demonstrācija un studenta/studenta eksperiments; eksperimenti (palīdz pētīt atsevišķus ķīmiskā objekta aspektus), laboratorijas darbi (laboratorijas eksperimentu komplekss ļauj izpētīt daudzus ķīmisko objektu un procesu aspektus), praktiskie vingrinājumi, laboratorijas darbnīca; mājas eksperiments, izpētes eksperiments utt. Ķīmiskais eksperiments var būt pilna mēroga, garīgs un virtuāls. “Virtuāls” nozīmē “iespējams bez fiziska iemiesojuma”; virtuālā realitāte - reālas situācijas imitācija, izmantojot datorierīces; izmanto galvenokārt izglītības nolūkos; šajā sakarā virtuālo eksperimentu dažreiz sauc par simulāciju vai datora eksperimentu. Saskaņā ar pašreizējo GOST “virtuāls” ir definīcija, kas raksturo procesu vai ierīci informācijas apstrādes sistēmā, kas, šķiet, patiešām pastāv, jo visas tā funkcijas tiek īstenotas ar citiem līdzekļiem; plaši izmanto saistībā ar telekomunikāciju izmantošanu. Tādējādi virtuālais ķīmiskais eksperiments ir izglītojoša eksperimenta veids ķīmijā; tā galvenā atšķirība no pilna mēroga ir fakts, ka ķīmisko procesu un parādību demonstrēšanas vai modelēšanas līdzeklis ir datortehnoloģijas, kuras veicot, students operē ar vielu un iekārtu komponentu attēliem, kas atveido reālu objektu izskatu un funkcijas. , proti, viņš izmanto virtuālo laboratoriju. Virtuālo laboratoriju ķīmijas mācīšanā mēs saprotam kā izglītojošas ķīmijas laboratorijas datorsimulāciju, kas īsteno savu galveno funkciju - ķīmiskā eksperimenta veikšanu izglītības nolūkos. Tehniski virtuālās laboratorijas darbību nodrošina datoru aparatūra un programmatūra, didaktiski - saturiski un metodoloģiski pamatota pieņēmumu sistēma par pētāmā ķīmiskā procesa gaitu vai ķīmiskā objekta īpašību izpausmēm, pamatojoties uz kurš ir izstrādāts viens no iespējamiem virtuālās laboratorijas reakcijas variantiem uz lietotāja darbībām. Virtuālā laboratorija darbojas kā augsto tehnoloģiju informācijas izglītības vides elements, kas ir virtuāla eksperimenta izveides un veikšanas līdzeklis. Virtuālais laboratorijas darbs ķīmijā ir virtuāls ķīmisks eksperiments eksperimentu kopuma veidā, ko vieno kopīgs mērķis izpētīt kādu ķīmisku objektu vai procesu.

Apskatīsim metodiku virtuālā laboratorijas darba veidošanai ķīmijā (tā modelis parādīts 1. attēlā), izmantojot konkrētu laboratorijas darbu piemēru par tēmu “Risinājumi”.

Rīsi. 1. Virtuālās laboratorijas darbu veidošanas metodikas modelis ķīmijā

Virtuālās laboratorijas darba izveide sastāv no laboratorijas darba mērķu noteikšanas, virtuālās laboratorijas izvēles, virtuālā simulatora iespēju apzināšanas, mērķu pielāgošanas, jēgpilnu un didaktisku uzdevumu definēšanas, scenārija sastādīšanas, testēšanas, novērtēšanas un virtuālā eksperimenta procesa ticamības un rezultāta analīze salīdzinājumā ar reālo, korekcijas scenārijs un metodisko ieteikumu sagatavošana.

Mērķu noteikšanas posms ietver plānotā laboratorijas darba mērķu atlases procesu, nosakot pieļaujamās novirzes robežas, lai sasniegtu izglītības rezultātu ar visefektīvākajiem un pieņemamākajiem līdzekļiem, ņemot vērā materiālos, tehniskos, laika, cilvēkresursus, kā arī kā arī skolēnu personiskās un vecuma īpašības. Mūsu piemērā mērķis bija sagatavot risinājumus un izpētīt to īpašības; Darbs paredzēts studentu patstāvīgām ārpusstundu izglītības aktivitātēm. Risinājumu tēma tiek apskatīta vairumā universitātes ķīmijas kursu, turklāt risinājumu sagatavošanas un darba prasmes ir pieprasītas ikdienā un gandrīz jebkurā profesionālajā darbībā. Tāpēc darba mērķos ietilpa: prasmju nostiprināšana aprēķināt šķīduma molāro un procentuālo koncentrāciju, nepieciešamo vielas un šķīdinātāja daudzumu, lai sagatavotu dotas koncentrācijas šķīdumu; risinājumu sagatavošanas operāciju algoritma un tehnikas izstrāde (vielu svēršana, tilpuma mērīšana u.c.); šķīdināšanas laikā notiekošo parādību izpēte - siltuma izdalīšanās vai absorbcija, disociācija, elektriskās vadītspējas izmaiņas, vides pH izmaiņas utt.

Virtuālās laboratorijas izvēles posms. Virtuālās laboratorijas izvēli nosaka vairāki apstākļi: piekļuves veids resursam, tā izmantošanas finansiālie nosacījumi, saskarnes valoda un sarežģītība un, protams, saturs, tas ir, iespējas, šī laboratorija nodrošina vai nenodrošina lietotājam plānotā laboratorijas darba mērķu sasniegšanai. Orientējāmies uz laboratorijām ar atvērtu brīvpieeju, darbam ar kurām pietiktu ar datorprasmēm lietotāja līmenī, sākotnēji atsakoties no laboratorijām ar zemu interaktivitātes pakāpi, tas ir, pieļaujot tikai ķīmiskās pieredzes pasīvas novērošanas iespējas. Izpētot vairākus projektus, gan daudznozaru, gan tematiskus, nonācām pie secinājuma, ka neviena no mums zināmajām laboratorijām pilnībā neatbilst prasībām, proti: ļauj studentam sagatavot noteiktas koncentrācijas šķīdumu, izmantojot iepriekš aprēķinātus izšķīdinātās vielas un šķīdinātāja daudzumus. veicot svēršanas darbības, mērot tilpumu, šķīdināšanu, pārliecinoties, ka preparāts ir pareizs, kā arī novērojot šķīdināšanu pavadošos procesus. Neskatoties uz to, mēs apmetāmies virtuālajā laboratorijā IrYdiumChemistryLab, kuras priekšrocība ir iespēja iejaukties programmā un izveidot savu virtuālo eksperimentu.

Izvēlētās laboratorijas virtuālā simulatora iespēju noteikšana parādīja sekojošo. Attiecībā uz reaģentu komplektu ir dažādu koncentrāciju šķīdumi (19 MNaOH, 15 MHClO4 un citi), ūdens kā svarīgākais šķīdinātājs, bet praktiski nav cietvielu; tomēr lietojumprogramma Authoring Tool ļauj laboratorijā ievadīt papildu reaģentus, izmantojot vielu termodinamiskās īpašības. Aprīkojumā ietilpst dažādas precizitātes pakāpes mērīšanas stikla trauku komplekts (cilindri, pipetes, biretes), analītiskos svarus, pH mērītāju, temperatūras sensoru, sildelementu, kā arī sīklietotni, kas demonstrē daļiņu koncentrāciju šķīdumā. Nav nodrošināta iespēja pētīt tādas šķīduma īpašības kā elektrovadītspēja, viskozitāte un virsmas spraigums. Procesi virtuālajā laboratorijā notiek ļoti īsā laikā, kas ierobežo ķīmisko procesu ātruma izpēti. Pamatojoties uz virtuālā simulatora iespējām, mērķi tika koriģēti, jo īpaši tika izslēgta šķīdumu elektriskās vadītspējas izpēte, bet pievienota temperatūras ietekmes uz vielu šķīdību izpēte. Nosakot laboratorijas darba mērķus, vadījāmies no sagaidāmajiem rezultātiem: studentiem jāattīsta praktiskās iemaņas risinājumu sagatavošanā, tai skaitā jāapgūst atsevišķu darbību algoritmi, jānonāk pie secinājumiem par daļiņu skaita izmaiņām šķīdumā darba laikā. stipro un vājo elektrolītu disociācija, par anjonu un katjonu skaita attiecību nesimetrisku elektrolītu šķīšanas gadījumā, par termisko efektu cēloņiem šķīšanas laikā.

Kā būtisku studentu aktivitāšu veidošanas procesa elementu izceļam topošā laboratorijas darba uzdevumu noteikšanas posmu, šeit ir jāplāno, kādas manipulācijas studentiem būs jāveic šī laboratorijas darba ietvaros un kādas novērot (jēgpilni uzdevumi), un kādi secinājumi un uz kāda pamata tiem būtu jāizdara pēc tā izpildes (didaktiskie uzdevumi), kādas prasmes apgūt. Piemēram, apgūstiet darbību algoritmu, sagatavojot noteiktu šķīduma tilpumu no nosvērtas porcijas: aprēķiniet vielas masu, nosveriet to, izmēra šķidruma tilpumu / nogādājiet to līdz vajadzīgajam tilpumam; apgūt paņēmienus darbā ar analītiskajiem svariem un mērinstrumentiem; novērot, kā daļiņu (molekulu, jonu) koncentrācijas šķīdumā attiecas uz elektrolītu un neelektrolītu, simetrisko un asimetrisko elektrolītu, stipro un vājo elektrolītu šķīšanu, izdarīt secinājumus par šķīdību, termisko ietekmi šķīdināšanas laikā utt.

Nākamais solis laboratorijas darbu veidošanā ir scenārija izveide, tas ir, katras pieredzes detalizēts apraksts atsevišķi un šīs pieredzes vietas un lomas noteikšana laboratorijas darbos, ņemot vērā, kādas problēmas tas veicinās un kā strādāt sasniegt laboratorijas darba mērķus kopumā. Praksē scenārija izstrāde notiek vienlaikus ar testēšanu, tas ir, eksperimentu izmēģinājuma izpildi, kas palīdz precizēt un precizēt scenāriju. Scenārijs atspoguļo katru virtuālās laboratorijas darbību un reakciju uz to. Scenārija pamatā ir tādi uzdevumi kā “Sagatavot 49 g 0,4% CuSO4 šķīduma” vai “Sagatavot 35 ml 0,1 mol/l CuSO4 šķīduma no tā kristāliskā hidrāta (CuSO4∙5H2O).” Sastādot uzdevumu, tiek ņemta vērā piemērotu reaģentu un aprīkojuma pieejamība virtuālajā laboratorijā un šāda uzdevuma izpildes tehniskā iespējamība. Mūsu piemērā scenārijs papildus aprēķina pusei ietvēra arī vairākas darbības un paņēmienus, kas simulē risinājuma sagatavošanu reālā laboratorijā. Piemēram, sverot sauso vielu nedrīkst likt tieši uz svēršanas pannas, bet jāizmanto speciāls trauks; izmantot taras funkciju; Kā jau īstenībā, viela svariem jāpievieno mazās porcijās, iespējams, nejauši pārsniedzot aprēķināto masu, darbība būs jāsāk no jauna. Tiek nodrošināta piemērota tilpuma ķīmisko stikla trauku izvēle, precīza šķidruma tilpuma mērīšana “gar apakšējo menisku” un citu specifisku paņēmienu izmantošana. Pēc sagatavošanas iegūtā šķīduma īpašības (jonu molārā koncentrācija, pH) tiek atspoguļotas virtuālās laboratorijas sīklietotnēs, kas ļauj pārbaudīt uzdevuma pareizību. Veicot virkni eksperimentu, skolēni saņems datus, uz kuru pamata varēs izdarīt secinājumus par jonu koncentrāciju stipru un vāju elektrolītu šķīdumos, hidrolizēto vielu šķīdumu pH vai termiskā atkarību. šķīdināšanas ietekme uz šķīdinātāja daudzumu un vielas dabu utt.

Kā piemēru apsveriet termisko efektu izpēti vielu šķīšanas laikā. Scenārijs ietver sauso sāļu (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3) šķīdināšanas eksperimentus. Pamatojoties uz šķīduma temperatūras izmaiņām, studentiem jāsecina gan endotermiskās, gan eksotermiskās šķīdināšanas ietekmes iespēja. Uzdevumu formulējums katrā gadījumā var atšķirties un ir atkarīgs no eksperimenta veida – pētnieciskā vai ilustratīvā. Piemēram, varat aprobežoties ar secinājumu par šādas ietekmes esamību vai scenārijā iekļaut sāļu šķīdumu ar dažādām izšķīdušās vielas masām ar vienādu šķīdinātāja masu (sagatavo šķīdumus, kas satur 50 g vielas) 100 g ūdens; 10 g vielas 100 g ūdens) un otrādi, eksperimentē ar nemainīgu izšķīdušās vielas daudzumu un mainīgu šķīdinātāja masu; šķīdumu pagatavošana no bezūdens sāļiem un to kristāliskajiem hidrātiem un temperatūras izmaiņu uzraudzība to šķīšanas laikā. Veicot šādus eksperimentus, skolēniem jāatbild uz jautājumiem “Kā atšķiras temperatūras izmaiņas, izšķīdinot vienādos daudzumos bezūdens sāļus un to kristāliskos hidrātus? Kāpēc bezūdens sāļu šķīšana notiek, izdalot vairāk siltuma nekā kristālisko hidrātu gadījumā? un izdarīt secinājumu par to, kas ietekmē šķīšanas termiskā efekta zīmi. Atkarībā no darba mērķiem un uzdevumiem scenārijs ietvers vairākus eksperimentus vai vairākas eksperimentu sērijas, jāņem vērā, ka virtuālajā telpā viss notiek daudz ātrāk nekā reālā laboratorijā, un tas neaizņem tik daudz laikam, kā tas varētu šķist no pirmā acu uzmetiena.

Testēšanas procesā ir nepieciešams izvērtēt un analizēt virtuālā eksperimenta procesa un rezultāta ticamību salīdzinājumā ar reālo, tas ir, pārliecināties, vai virtuālā eksperimenta modelēšana un ģenerētie rezultāti nav pretrunā ar realitāti, tas ir, tie nemaldinās lietotāju.

Metodiskie ieteikumi ir balstīti uz apkopotu un pārbaudītu scenāriju, taču nevajadzētu aizmirst, ka tie ir adresēti studentiem, un tajos papildus skaidriem norādījumiem un uzdevumiem jābūt ar mērķiem saistīto sagaidāmo rezultātu aprakstam, jābūt atsaucēm uz teorētisko materiāls un piemēri.

Virtuālās laboratorijas darba izveides rezultāts ir tā ieviešana mācību procesā, kā rezultātā paaugstinās zināšanu apguves kvalitāte un attiecīgo kompetenču apguve. Ir vairākas metodes, kā ķīmijas virtuālo laboratorijas darbu “iestrādāt” augstskolas izglītības procesā, apgūstot jaunu materiālu tā labākai izpratnei un apguvei, mūsuprāt, ir ieteicams veikt īsus virtuālās laboratorijas darbus zināšanu aktualizēšanai vai papildināšanai. demonstrē pētāmās parādības, kas rada objektīvus apstākļus, lai īstenotu aktīvas un interaktīvas mācīšanās formas, ko pieprasa spēkā esošais izglītības standarts. Šajā gadījumā virtuālās laboratorijas darbs var aizstāt tradicionālo demonstrācijas eksperimentu. Papildus apsveram iespējas izmantot virtuālo laboratorijas darbu zināšanu un prasmju nostiprināšanai gan stundās, gan ārpusstundu patstāvīgajās aktivitātēs. Vēl viena iespēja izmantot virtuālo laboratorijas darbu ķīmijas mācīšanas procesā ir studentu sagatavošana pilna apjoma laboratorijas darbu veikšanai. Veicot pareizi sastādītu virtuālo laboratorijas darbu ķīmijā, studenti, pirmkārt, praktizē aprēķinu uzdevumu risināšanas prasmes par šo tēmu, otrkārt, nostiprina ķīmiskā eksperimenta veikšanas algoritmu un tehniku, treškārt, apgūst ķīmisko procesu plūsmas likumus ar aktīva dalība procesa apmācībā.

Piedāvātā metodika virtuālo laboratorijas darbu veidošanai ķīmijā nodrošina skolotājus ar zinātniski pamatotiem līdzekļiem ķīmijas un ķīmijas disciplīnu nodarbību vadīšanai interaktīvā formā kombinācijā ar ārpusstundu darbu, lai veidotu un attīstītu studentu profesionālās prasmes.

Recenzenti:

Rogovaja O. G., pedagoģijas zinātņu doktore, profesore, A.I. vārdā nosauktās Krievijas Valsts pedagoģiskās universitātes Ķīmiskās un vides izglītības katedras vadītāja. Hercena, Sanktpēterburga;

Pjotrovskaja K.R., pedagoģijas zinātņu doktore, profesore, A.I. vārdā nosauktās Krievijas Valsts pedagoģiskās universitātes Matemātikas un informātikas mācību metožu katedras profesore. Hercena, Sanktpēterburga.

Bibliogrāfiskā saite

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. VIRTUĀLO LABORATORIJAS DARBU VEIDOŠANAS METODIKA ĶĪMIJĀ // Mūsdienu zinātnes un izglītības problēmas. – 2015. – Nr.2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (piekļuves datums: 01.02.2020.). Jūsu uzmanībai piedāvājam izdevniecības "Dabaszinātņu akadēmija" izdotos žurnālus

Saskaņā ar federālajiem valsts augstākās profesionālās izglītības standartiem studiju jomās, kas tiek īstenotas Krievijas Valsts pedagoģiskās universitātes Ķīmijas fakultātē. A.I. Herzena teiktā, izglītības procesa organizēšanā jāiekļauj aktīvās un interaktīvas nodarbību vadīšanas formas, tostarp datorsimulācijas. Šajās veidlapās vadītajām nodarbībām jāatbilst vismaz 30 procentiem no klases laika.

Interpretējot aktīvās un interaktīvas nodarbību vadīšanas formas saistībā ar skolēnu iekļaušanu intensīvā tiešā vai netiešā izglītības mijiedarbībā, jāatzīst, ka datormācību programmas, kuru pamatā ir tehnoloģizācijas, inovācijas, individualizācijas, diferenciācijas, integrācijas principi, paver jaunas iespējas mācību organizēšanā. mācību priekšmetu mijiedarbība, saturs un to darbības raksturs. Jo īpaši ķīmijas mācīšanā šāda pieeja palīdz paaugstināt ķīmiskās informācijas zināšanu asimilācijas līmeni un spēju tās pielietot, attīstīt studentu integratīvās un radošās domāšanas spējas un veidot vispārinātas prasmes problēmsituāciju risināšanai. .

Elektronisko mācību līdzekļu pilnveidošana ir novedusi pie izglītības procesa modernizācijas kopumā: lekcijas notiek prezentācijas režīmā, praktisko un semināru nodarbību vadīšanai tiek izmantotas interaktīvās mācību materiālu pasniegšanas metodes, ieskaites un eksāmeni tiek kārtoti, izmantojot mašīnvadību.

Mācot ķīmiju, konservatīvākā izglītības procesa daļa paliek laboratorijas darbnīca, vēl nav līdz galam skaidra iespēja to pilnībā pāriet uz e-mācību režīmu. Taču īpašas iespējas interaktīvās mācīšanās īstenošanai šeit rada jauna veida izglītojošais ķīmiskais eksperiments - virtuālā laboratorija.

Ar virtuālo laboratoriju saprot datorprogrammu, kas ļauj datorā simulēt ķīmisko procesu, mainīt tā realizācijas nosacījumus un parametrus. Veicot virtuālos laboratorijas darbus, students operē ar vielu un iekārtu komponentu paraugiem, kas atveido reālu objektu izskatu un funkcijas.

No vienas puses, virtuālās laboratorijas pozitīvie aspekti ir acīmredzami - modernās datortehnoloģijas dažos gadījumos ļauj attālināties no reālās ķīmisko procesu norises, nezaudējot saņemtās informācijas kvalitāti. Īpaša nepieciešamība pēc virtuālo laboratorijas darbu veikšanas rodas, pirmkārt, neklātienes un tālmācības laikā, kā arī tad, kad studenti atstrādā nokavētās nodarbības, trūkst sarežģītas iekārtas un dārgi vai nepieejami reaģenti. Turklāt dažiem darbiem datorizētās laboratorijas praktisko darbu iespējas ir plašākas nekā tradicionālo. Līdz ar to skolēniem ir iespēja pētīt reakcijas ar vielām, kuras aizliegts lietot izglītības procesā, nav laika ierobežojumu, darbu skolēns var veikt (vai tam sagatavoties) ārpus mācību stundām, un to atkārtot daudzkārt.

Neskatoties uz priekšrocībām un acīmredzamo nepieciešamību pēc izglītojošas prakses virtuālajās laboratorijās, to skaits un izmantošanas pieredze interaktīvajā un tālmācībā ķīmijas disciplīnās, piemēram, fizikālajā ķīmijā, ārvalstu un pašmāju praksē nav tik liela. Virtuālās ķīmijas laboratorijas galvenokārt tiek veidotas vidējai vispārējai izglītībai (“Virtuālā ķīmijas laboratorija ISO 8.-11. klasei”). Kas attiecas uz augstāko izglītību, tad ir ierobežots skaits virtuālo ķīmisko laboratoriju galvenokārt neorganiskajā, vispārējā un organiskajā ķīmijā neķīmiskajām jomām/apmācību profiliem, gandrīz visas angļu valodā, dažos gadījumos ir nepieciešama reģistrācija un samaksa par pilnās versijas lietošanu: Chemlab, Crocodile Chemistry 605 un uz tā bāzes izveidots krievu skolām pielāgotais izglītojošais produkts “Yenka”, Virtuālā ķīmijas laboratorija, Dartmouth ChemLab - interaktīvs ceļvedis laboratorijas darbu veikšanai vispārējā ķīmijā, kas patiesībā nav virtuāla laboratorija) , vizualizāciju un datorsimulāciju kolekcijas Chemistry Experiment Simulations un Virtlab: A Virtual Laboratory un vairākas citas.

Speciālās fizikālās ķīmijas virtuālās laboratorijas izglītības produktu tirgū vispār nav pārstāvētas. Protams, augstskolas, kur vien iespējams, veido virtuālos laboratorijas darbus fizikālajā ķīmijā, ņemot vērā to specifiku, visbiežāk darbam ar saviem studentiem. Piemēram, programmatūras produkts “Lietišķās ķīmijas modulis” (MPH), kas izstrādāts IU-6 MSTU nodaļā. N.E. Baumanis. Saskaņā ar disciplīnas “Fizikālā ķīmija” mācību programmu paredzēts veikt vairākus laboratorijas darbus, tai skaitā par tēmām “Termoķīmija”, “Fāzu līdzsvars”, “Virsmas parādības”.

Pateicoties MPH, ir kļuvis iespējams veikt laboratorijas darbus par šīm tēmām reālajā laikā (Real Time), ieviešot jauktu tālmācības modeli. Vēl viens piemērs ir virtuālās laboratorijas darbs Kemerovas Pārtikas tehnoloģiju institūtā.

Šādu izstrādņu līmenis ir ļoti dažāds gan no tehniskā, gan metodiskā viedokļa, un to izmantošana ir ierobežota. Šauri mācību priekšmetam specifiskas informatīvās izglītības vides patstāvīga izstrāde un ieviešana ir ļoti sarežģīts uzdevums, kas prasa īpašu darbības bāzi, programmētāju, skolotāju un ķīmiķu komandu, kā arī lielas laika un finanšu izmaksas. Mēs uzskatām, ka pareizāk būtu esošās virtuālās laboratorijas ietvaros pielāgot vai izveidot mūsu pašu virtuālās laboratorijas darbu, kas atbilst šīs OOP un disciplīnas programmas specifikai. Jo īpaši mēs izmantojām The ChemCollective projekta virtuālo laboratoriju, lai izveidotu savus virtuālās laboratorijas darbus fizikālajā ķīmijā.

IrYdium Chemistry Lab, kuras priekšrocības bija apmierinošs virtuālo reaģentu un fizikālo un ķīmisko instrumentu komplekts, daļēji rusificēts lietotājam draudzīgs interfeiss, iebūvēta uzdevumu izstrādes programma un izstrādātāju atļautā bezmaksas izmantošana.

Mēs izveidojām uz IrYdium Chemistry Lab bāzes un pārbaudījām fizikālās ķīmijas laboratorijas darbnīcā Krievijas Valsts pedagoģiskajā universitātē. A.I. Herzena virtuālās laboratorijas darbi ir reālas laboratorijas darbnīcas eksperimentālā darba simulācijas par tēmu “Termoķīmija”: “Sāls šķīšanas siltuma noteikšana”, “Kristāliskā hidrāta veidošanās termiskā efekta noteikšana no bezūdens sāls un ūdens” , “Spēcīgas skābes neitralizācijas siltuma noteikšana ar stipru bāzi”, kuras realizāciju nodrošina akadēmiskās disciplīnas “Fizikālā ķīmija” darba programmas. Katrs darbs ietver visdažādākos uzdevumus (pētāmās vielas, to masu/apjomu) un ir nodrošināts ar metodiskajiem norādījumiem skolēniem un skolotājiem. Virtuālās laboratorijas darba gaita ir pēc iespējas tuvāka reāla ķīmiskā eksperimenta veikšanai; Izmantojot datorprogrammu, students veic noteiktas darbības, kuras viņš ir izdomājis atbilstoši konkrētajam uzdevumam: izvēlas reaģentus, sver, mēra tilpumus, fiksē temperatūras izmaiņas, veic novērojumus (virtuālu attēlu veidā), apstrādā, apkopo un analizē. eksperimentālos rezultātus ziņojumā.

Neskatoties uz aprakstītajām priekšrocībām, attīstoties datormācības tehnoloģijām, arvien vairāk tiek apspriests jautājums par virtuālo laboratorijas darbu veidošanas nepieciešamību un darbnīcu daļēju vai pilnīgu pārcelšanu no laboratorijām uz datorklasēm.

Tajā pašā laikā daži autori šādas pārejas nepieciešamību skaidro ar laboratorijas aprīkojuma augstajām izmaksām, citi ar laika resursu trūkumu vai izglītības programmu unifikāciju atbilstoši Boloņas deklarācijai u.c.. Tomēr galvenais trūkums – virtuālā laboratorija ir tieša kontakta trūkums starp studentu un pētījuma objektu, instrumentiem un aprīkojumu.

Tāpat kā lielākā daļa mūsu kolēģu, mēs uzskatām, ka ķīmijas izpētes objekts ir viela, kurai ir īpašību un īpašību kopums, ko nevar reproducēt pat vismodernākais datora modelis. Pieejā virtuālo laboratorijas darbu veidošanas problēmai un to ieviešanai izglītības procesā ir jāņem vērā ķīmijas disciplīnas specifika, lai nepieļautu “virtuālo” speciālistu armijas veidošanos, kurai ir pieredze darbā tikai ar idealizētiem modeļiem, un nevis ar reāliem objektiem un parādībām, savukārt līmenis Viņu atbildība, strādājot ražošanā, ir tik liela, ka nosaka ne tikai vides drošību, bet arī pašu apkārtējās pasaules eksistenci.

Pieredze, izmantojot virtuālo laboratorijas darbu ķīmijas darbnīcā, ir parādījusi, ka priekšroka dodama virtuālā un reālā eksperimenta kombinācijai, kurā pētāmā procesa datormodelim ir palīgfunkcija sagatavot studentu darbībām ar reāliem objektiem. Virtuālā laboratorija ļauj izstrādāt metodiku reāla procesa izpētei, paredzēt iespējamās kļūdas eksperimenta uzstādīšanā un veikšanā, paātrināt iegūto datu matemātisko apstrādi un interpretāciju, sastādīt atskaiti. Skolotājam ir reāla iespēja izvirzīt studentiem uzdevumu noteikt optimālos eksperimenta apstākļus. Šīs problēmas risinājums pēc modeļa īpašību izpētes var tikt realizēts virtuālā ķīmiskā eksperimentā, kas ļauj studentiem saprātīgi pamatot nosacījumus reāla eksperimenta veikšanai. Īpaši tas attiecas uz darbu ar bīstamiem ķīmiskiem objektiem (piemēram, koncentrētām skābēm un sārmiem, uzliesmojošām vai toksiskām vielām), tad pirmajos posmos jāizmanto virtuālās laboratorijas un tikai pēc nepieciešamo iemaņu iegūšanas jārīkojas, ja nepieciešams darbam ar reāliem objektiem.

Nav šaubu, ka mūsu piedāvātais virtuālās laboratorijas darbs un citas datorsimulācijas nevar un nedrīkst aizstāt reālu ķīmisku eksperimentu, tomēr ir vairākas situācijas, kad virtuālās laboratorijas izmantošana ir vēlamais vai vienīgais iespējamais mācību veids. Pirmkārt, tā ir tālmācība, kad students fiziski neatrodas laboratorijā, piemēram, tālmācības vai pilna laika slimības dēļ vai ārvalstu prakses dēļ. Turklāt ir nepieciešams kompensēt kavētās nodarbības, sagatavošanās/apmācības nepieciešamība pirms reālo laboratorijas darbu veikšanas utt. Izmantojot interaktīvās nodarbību vadīšanas formas, virtuālais laboratorijas darbs ļauj vizuāli un uzticami datorizēti simulēt fizisko un ķīmisko procesu, izraisot un novērojot sistēmas reakciju uz ārējām ietekmēm, ieskaitot maksimālo skolēnu skaitu klasē produktīvā izglītības mijiedarbībā.

Līdz ar to, mūsuprāt, aktīvās un interaktīvās ķīmijas nodarbību formās optimālā, zinātniski pamatotā proporcijā būtu jāietver gan reāli eksperimenti ar modernām iekārtām, gan virtuāls laboratorijas darbs ķīmisko procesu izpētē, kas ļaus dinamiski attīstīties. ķīmijas mācīšanas struktūra un metodika, kas balstīta uz modernākajiem zinātnes sasniegumiem, tehnoloģijām un zināšanu metodēm. sadarbības apmācības uzbrukums virtuāls