ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ В ОБУЧЕНИИ ХИМИИ В ШКОЛЕ

Лабораторная деятельность в обучении химии повышает интерес учеников к предмету и помогает в учебе. Из-за отсутствия лабораторий или нехватки приборов во многих школах Казахстана, лабораторные эксперименты проводятся очень редко. Хотя такие же эксперименты можно делать и в виртуальном режиме как результат развития информационных технологий.

Концепция практичного обучения точно не является новой. Однако позволять ученикам в классе обучаться на практике было бы отходом от традиционных методов. В этом подходе, для того, чтобы ученики получали опыт, лаборатории являются важным компонентом в обучении. В лаборатории химии ученики становятся активными в плане обучения, наблюдая и делая эксперименты. Такие применения вызывают не только лучшее, но и постоянное обучение. Многие исследователи научного образования признают, что лабораторные исследования повышают интерес и компетенцию учеников к научным предметам.

«Ученики могут понять часть курса о химических и физических изменениях, но утруждаются в пониманиях случаев в микроуровнях и объяснениях о химических превращениях связанные с химическими связями» [7, с. 129—140; 2, с. 50—56; 6, с. 123—147]. «Причиной этой слабости частично относится к отсутствию лабораторной практики» [5, с. 451—461]. Хотя лабораторная работа является неотъемлемым элементом понимания курса химии, она не может быть правильно вложена в традиционные курсы химии по различным причинам. «Такие проблемы как проблемы безопасности, отсутствия уверенности в себе, и чрезмерное количество времени и усилий нужные для проведения точных экспериментов» [3, с. 42—45]. «Тем не менее, это не является невозможным преодолеть эти препятствия через альтернативы, основанные на технологиях» [4, с. 79—85].

Альтернативная среда обучения, т. е. виртуальная лаборатория, может помочь сделать доступным это важное обучающее приложение для учеников.

Виртуальные лаборатории моделируют реальную лабораторную среду и процессы, и учебную среду, в которой ученики преобразуют свои теоретические знания в практические знания путем проведения экспериментов. Виртуальные лаборатории предоставляют ученикам значимые виртуальные ощущения и нынешние важные понятия, принципы и процессы. С помощью виртуальных лабораторий, ученики имеют возможность повторить любой неправильный эксперимент или углубить данный опыт. Кроме того, интерактивный характер таких методов обучения предлагает четкую и приятную среду обучения. Таблица 1 показывает сравнение причин, почему учителя химии не включают лабораторных приложений в их учении и решения, предлагаемые виртуальных лабораторий.

Таблица 1.

Проблемы, возникающие в курсе химии и решения, предлагаемые виртуальной лабораторией

Как видно из таблицы 1, по сравнению с реальной лабораторией, виртуальная лаборатория может иногда быть предпочтительной альтернативой, или просто благоприятными условиями для обучения. Виртуальная лаборатория предоставляет ученикам возможности, такие как, обогащение опыта обучения; проведение экспериментов, как если бы они были в реальной лабораторий; и повышения их квалификации эксперимента, связанных, например, с манипулированием материалами и оборудованием, сбором данных, завершения процесса эксперимента в интерактивной форме и подготовка отчетов эксперимента.

Исследователи определили, что инструкции, проведенные, в виртуальной лабораторий значительно повышают уровень успеваемости учащихся. Виртуальная среда позволяет ученикам наблюдать за процессом более подробно, по сравнению с традиционным методом или наблюдать за частично завершенными экспериментами в реальных лабораторных условиях. Кроме того, виртуальные среды способствовать вниманию и мотивацию к курсу, поддерживая дискуссию между партнерами, коллегами, и среди учеников и преподавателей. Кроме того, некоторые исследователи даже утверждают, что проведение экспериментов в виртуальной среде является более эффективным, чем проведение экспериментов в реальных лабораториях.

Использование компьютера в обучении науки пригодно, особенно когда содержание науки берется во внимание. Среди причин этих пригодности, позволяя преподавателям использовать на уроках программное обеспечение, обогащенное визуальными презентациями, чтобы сделать сложные и абстрактные научные представления и принципы конкретными и понятными, следуя соответствующим учебным подходам. Родригес [8, с. 38—39] сообщал, «что есть много исследований, проводимые по расследованию пользы симулирования в научном образовании. О повышении интереса учащихся к теме, изложенной во время урока, было сообщено в соответствующей литературе, что программное обеспечение являются более эффективными, чем другие методы, используемые для той же цели». Аналогично использование компьютерных анимации, как сообщается, повышает интерес учащихся к урокам.

Тем не менее, активная воля учеников к участию учебной деятельности играет важную роль, чтобы ведение обучения было эффективным. Хотя, визуальные обучения, разработанные компьютерной технологией, делают позитивный вклад в достижение учеников в большинстве научных тем и концепций, но также лучше надо иметь в виду, что с помощью одним симулированием любую проблему не решить. Для лучшего результата от образования, моделирование должно поддерживаться с соответствующими учебными методами и программными обеспечениями, связанные с темой и понятиями, которые будут преподаваться в классе. Кроме того, в подробном плане урока, в котором, будет использоваться моделирование должны быть определены такие пункты как: что, где и когда ученики будут делать, параметры, относящиеся к темам и концепций, которые ученики могут изменить в системе. «Считается, что только после этих приготовлении, нескончаемое обучение может быть достигнуто деятельностями основанные на моделировании в естественно-научного образования» [9, с. 132—146].

Эксперимент поиспользованию виртуальной лаборатории в качестве наглядного пособия проводился нами в СШ № 5 им. Ломоносова, г. Талдыкорган.

Для эксперимента мы взяли 4 класса, из которых 8а и 8б — это сильные классы по усвояемости, а 8в и 8г — слабые классы.

Исходя из этого, 8а и 8в были взяты как экспериментальные классы, а 8б и 8г — как контрольные классы. В ходе эксперимента были использованы следующие методы: учет знаний, наблюдение, анкетирование, математическая обработка данных. Уроки проводились по теме: «Галогены. В контрольных 8а и 8в классах в качестве наглядного материала использовались таблицы, меловая запись на доске, а в экспериментальных 8а и 8в классах использовалась виртуальная лаборатория. Проанализировав проведенные уроки, а также усвоение материала учащимися 8–х классов, их успеваемость, мы пришли к выводу:

1)  усвоение знаний учащимися экспериментальных классов было намного лучше, чем в контрольных классах;

2)  если усвоение знаний лучше, следовательно, выше и успеваемость. Усвояемость в контрольных классах ниже.

Значит, использование виртуальной лаборатории в качестве наглядного материала в экспериментальных классах позволило учащимся лучше использовать новый материал. Следовательно, новый материал с использованием такой наглядности более доступен, понятен учащимся. Наши выводы подтвердились следующим исследованием.

Исследование по усвояемости в экспериментальных и контрольных классах проводились по формуле В.Я. Кеслера:

     5а+4в+3с+2 (q)-2р

h= ------------------------- *100

              3p

где: а — число 5, в — число 4, с — число 3, һ — число 2, е — число 1, р — число предметов, q — число учащихся.

Итак, усвояемость в контрольных классах (8б — 70,8 %, 8г — 50,5 %) ниже, чем усвояемость в экспериментальных классах (8а — 80 %, 8в — 60 %).

Рисунок 1. Результаты педагогического эксперимента в 8 «А» и 8 «В» классах

Рисунок 2. Усвояемость знаний учащимися в контрольном и экспериментальном классах

До анкетирования После анкетирования.

При изучении химии мы пришли к выводу, что виртуальную лабораторию можно с успехом применять на уроках химии в качестве наглядного материала. Это способствует:

1)  повышению усвоения знаний учащихся, а, следовательно, и повышению успеваемости;

2)  формированию познавательного интереса к химии.

Список литературы:
1.    Аужанова Н.Б. Подготовка студентов к проведению учебной работы в период педагогической практики. Пособие для студентов. — Алматы: Даир, 2009. — 133 с.
2.    Ayas A., Karamustafaoglu S., Sevim S., & Karamustafaoglu O. (2002). Academicians’ and students’ views of general chemistry laboratory applications. H.U. Journal of Education, 23, 50—56.
3.    Bryant R.J., & Edmunt A.M. (1987). They like lab-centered science. The Science Teacher, 54(8), 42—45.
4.    Elton L. (1983). Improving the cost-effectiveness of laboratory teaching. Studies in Higher Education 8, 79—85.
5.    Yang K.Y., & Heh J.S. (2007). The impact of internet virtual physics laboratory instruction on the achievement in physics, science process skills and computer attitudes of 10th grade students. Journal of Science Education and Technology, 16, 451—461.
6.    Kabapinar F., & Adik F. (2005). Secondary students’ understanding of the relationship between physical change and chemical bonding. Ankara University Journal of Faculty of Educational Sciences, 381, 123—147.
7.    Palmer B., & Treagust D. (1996). Physical and chemical change in textbooks: An initial view. Research in Science Education, 261, 129—140.
8.    Rodrigues S. (1997). Fitness for Purpose: A Glimpse at When, Why and How To Use Information Technology in Science Lessons. Australian Science Teachers Journal, 43 (2), 38—39.
9.     Sahin S. (2006). Computer simulations in science education: implications for distance education, Turkish Online Journal of Distance Education-TOJDE, 7(12), 132—146.