Создание открытой образовательной модульной мультимедиа системы по химии

М. Н. Морозов, В. Э. Цвирко

Создание открытой о б р а з о в а т е л ь н о й м о д ул ь н о й м ул ь т и м е д и а с и с т е м ы по химии

●

Аннотация В статье описаны электронные образовательные ресурсы нового поколения, обеспечивающие реализацию образователь ных программ среднего общего образования по предмету «Химия». ЭОР, разработанные в соответствии с концепцией мо дульной архитектуры, представляют собой совокупность элект ронных учебных модулей и модулей методической поддержки. Разработаны электронные учебные модули трех типов: для пе редачи учебной информации, для практических занятий, для контроля уровня учебных достижений обучаемых. Использо вание насыщенного мультимедиа контента и высокого уровня интерактивности в учебных модулях обеспечивает реализацию активных методов обучения, что повышает качество и эффек тивность образовательного процесса на основе ЭОР.

1

Ц Е Л И И З А Д АЧ И С О З Д А Н И Я Э О Р ПО ПРЕДМЕТУ «ХИМИЯ»

Целью настоящего проекта является создание электронных образовательных ресурсов нового поколения, обеспечивающих реализацию образовательных программ основного общего и среднего (полного) общего образования в учреждениях общего, начального и среднего профессионального образования по предмету «Химия» (базисный уровень). Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: ● разработать концепцию ЭОР модульной архитектуры по предмету «Химия», где ЭОР — совокупность электронных учебных модулей и модулей методической поддержки;

150

разработать структурированное по темам, по подразделам тем, по урокам тематическое планирование учебного курса для реализации соответствующих образовательных прог рамм, построенных по модульному принципу, для обеспе чения индивидуальноориентированного образовательного процесса; ● разработать вариативные тематические электронные учеб ные модули (ЭУМ) трех типов: И — получение информа ции, П — практическое занятие, К — контроль уровня учеб ных достижений обучаемых, обеспечивающих реализацию всех компонентов образовательного процесса на основе ЭОР с учетом уровня освоения различных образовательных программ, а также дифференцированного подхода к обуче нию; ● разработать комплекты модулей методической поддержки (ММП), задающих последовательность использования ЭУМ в соответствии с разработанными траекториями изучения предмета, а также содержащих методические рекомендации для преподавателей и обучаемых по использованию ЭОР в учебном процессе. Современный социальный заказ требует адаптировать сис тему образования к рынку труда, создать условия для более осознанного профессионального самоопределения школьников. На первый план выходит личностно ориентированное обуче ние — обучение, основанное на использовании новых инфор мационных технологий. Концепция модернизации российского образования предусматривает переход на развитие вариативной системы образования, особенно на старшей ступени обучения в школе. Создаваемые ЭОР по предмету «Химия» в виде ЭУМ позво ляют расширить набор педагогических приемов и методов учи теля, нацелить учащихся на приобретение опыта поиска инфор мации по предлагаемым вопросам, совершенствования своих умений готовить рефераты, презентации, сообщения, доклады и опорные конспекты по избранным темам. Новизна предлагаемого комплекта ЭУМ заключается в его модульности, что расширяет вариативность их использования, ориентации создаваемых электронных учебных ресурсов на поддержку эффективных форм организации учебной деятель ности. Уже приобретенные учениками знания являются ключом к получению новых знаний, причем не набора знаний, а их сис темы. Перед учеником и учителем, ведущим курс, ставится зада ча научиться справляться с потоком новой информации. Это прежде всего приобретение способности искать и анализиро вать информацию, структурировать изучаемый материал, выде лять главное, расставлять акценты. Важнейшая задача педагога не подавить, а развить индивидуальность учеников. ●

151

Применяя модульную архитектуру ЭУМ, учитель сможет: использовать модули в обычных и профильных классах, а также в дополнительном образовании — химических круж ках, факультативных курсах по химии для подготовки к поступлению в профильные вузы; ● используя ЭУМ различных типов (И, П, К), комбинировать различные формы организации учебной деятельности обу чаемых (изложение материала, практику, проведение опро сов и тестов) для настраивания учебного процесса под ре шение заданных педагогических задач; ● проводить своевременный многоуровневый контроль зна ний и получать полную информацию о работе обучаемого и уровне усвоения им учебного материала; ● учитывать потребности контингента обучаемых, предлагать им не только вопросы, но и нетривиальные творческие за дачи; ● учитывать техническую оснащенность учебного процесса средствами ИКТ. Одной из основных целей создания ЭОР является расши рение учебной самостоятельности учащихся, повышение их мо тивации к обучению через вовлечение в создание собственных индивидуальных учебных траекторий и работу по ним. Модульная организация ЭОР и творческий подход учителя обеспечивают абсолютно новые возможности. ●

2

О П И С А Н И Е Н А П РА В Л Е Н И Й ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РА З РА Б А Т Ы В А Е М Ы Х Э У М В П РА К Т И К Е П Е Д А Г О ГА  ПРЕДМЕТНИКА

Химия — наука общественная в том смысле, что она разви вается в тех направлениях, которые диктуются потребностями общества. Содержание химического образования, в том числе школьного, определяется интересами общества и отношением его к науке. В России сейчас происходит реформа (модерниза ция) всей системы образования с целью «вхождения новых по колений в глобализованный мир». Эта реформа должна изме нить в корне ситуацию, складывающуюся в российских школах изза известных экономических трудностей. Химия — наука в первую очередь экспериментальная. Сов ременная школа изза недостатка материальных ресурсов пос тоянно скатывается в сторону «бумажной» химии. Нередки си туации, когда хороший ученик умеет расставлять коэффициен

152

ты в сложном уравнении, но не имеет представления о том, как выглядят компоненты реакции, и даже не знает, твердые они или жидкие. По некоторым данным, на сегодняшний день в Рос сии более 5 тысяч школ (из 68 тысяч) вообще не имеют школь ных кабинетов химии. Однако вопрос теперь уже ставится по другому: каждая школа не только должна иметь кабинет химии хотя бы с минимально необходимым набором оборудования и реактивов, но и использовать современные формы организации учебной деятельности учащихся на основе новых информаци онных технологий. Cоответственно расширяется и набор педагогических при емов и методов учителя. Помимо знания методик традиционной классноурочной системы, он должен свободно владеть компь ютерными технологиями для организации обучения учащихся по индивидуальным учебным траекториям, их учебного обще ния с использованием сетевых технологий, промежуточного и итогового контроля знаний по предмету, реализации принципа деятельностного подхода в обучении химии. Все это значительно увеличивает нагрузку на современно го учителя, требует от педагогапредметника значительных вре менных затрат. Предлагаемый набор ЭУМ призван решить эти проблемы. Представленные ЭУМ И, П, Ктипов могут быть использованы в следующих направлениях деятельности: ● организация самостоятельной работы учащихся; ● организация проектной деятельности учащихся; ● организация подготовки к промежуточной и итоговой ат тестации, в том числе к сдаче ЕГЭ; ● проведение уроков разного типа (содержание ЭУМ исполь зуется полностью); ● проведение уроков разного типа (содержание ЭУМ исполь зуется частично); ● организация консультационных занятий для детей с ослаб ленным здоровьем; ● организация дополнительных занятий с неуспевающими; ● организация дистанционного обучения.

2 . 1 . С А М О С Т О Я Т Е Л Ь Н А Я РА Б О Т А У Ч А Щ И Х С Я С ЭУМ При организации самостоятельной работы учащихся важ ное значение приобретает продуманность подачи учебной ин формации, высокая интерактивность обучающих моделей, приближенные к реальности возможности виртуальных инстру ментов ЭУМ, многоступенчатый промежуточный контроль учеб ной деятельности обучаемого, своевременное отслеживание

153

уровня усвоения учебного материала. Для этих целей ЭУМ Ити па сделаны высоко интерактивными и содержат после каждого смыслового элемента задания для самоконтроля обучаемого. Пошаговые интерактивные модели позволяют самостоятельно изучить сложные механизмы химических реакций и химичес кие производства. В ЭУМ Птипа широко используются возмож ности виртуальной химической лаборатории для моделирова ния химического эксперимента, конструктора молекул, позволя ющего исследовать строение любой молекулы, спрогнозировать ее свойства, интерактивного задачника, позволяющего решать задачи многими способами. ЭУМ Ктипа содержат мультимедийные тесты с конструиро ванием ответов, заставляющие ученика думать, а не угадывать ответ.

2 . 2 . О Р ГА Н И З А Ц И Я П Р О Е К Т Н О Й Д Е Я Т Е Л Ь Н О С Т И УЧАЩИХСЯ В ходе обучения в средней общеобразовательной школе учащиеся должны не только освоить и закрепить знания, уме ния, навыки и химические теории, но и сформировать у себя способности и стремления применять полученные ЗУН в не стандартных ситуациях, а также для реализации собственных профессиональных целей. Необходимость данного принципа обусловливается тем, что современный человек должен зани мать новую позицию — управленца, организатора, строителя своей жизни. В процессе занятий с использованием ЭУМ И, Птипов предполагается приобретение учащимися опыта поиска инфор мации по предлагаемым вопросам. Учащиеся совершенствуют умения в подготовке рефератов, презентаций, сообщений, док ладов и опорных конспектов по избранным темам. Информационная избыточность ЭУМ, теоретический мате риал, представленный двумя уровнями сложности, позволяют использовать их для разработки учебных проектов по химии, организовывать диалоговую, групповую и коллективную дея тельность учащихся.

2.3. ПОДГОТОВКА К ТЕКУЩЕМУ И ИТОГОВОМУ КОНТРОЛЮ ЗНАНИЙ ПО ХИМИИ, П О Д Г О Т О В К А К С Д АЧ Е Е Г Э Разноуровневые средства контроля знаний по химии, встроенные в ЭУМ Птипа, позволяют ученику: ● самостоятельно проводить самопроверку уровня усвоения каждого смыслового элемента изучаемого подраздела;

154

подготовиться к промежуточному и итоговому контролю по подразделу, теме, всему курсу; ● подготовиться к сдаче Единого государственного экзамена. Разноуровневые средства контроля знаний по химии, встроенные в ЭУМ Птипа, позволяют учителю: ● проверить знания учащихся по теме урока, внести коррек тивы в учебный процесс; ● провести комплексную проверку знаний по подразделу, скорректировать индивидуальные учебные траектории от дельных учащихся; ● провести комплексную проверку знаний по изученной теме. Проведение большого числа небольших контрольных сре зов средствами ЭУМ с передачей статистических данных в реальном времени позволяет преподавателю четко отслеживать уровень усвоения учебного материала, объяснять трудные для восприятия вопросы в очной форме или с использованием тех нических средств, управлять проведением учебного процесса. Использование ЭУМ позволяет это делать как на уроке, так и в случае подключения рабочих мест к Интернету, при самостоя тельной внеурочной работе обучаемых. ●

2 . 4 . П Р О В Е Д Е Н И Е У Р О К О В РА З Н О Г О Т И П А (СОДЕРЖАНИЕ ЭУМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ПОЛНОСТЬЮ) Если идеология учителя и разработчиков ЭУМ И, П, Кти пов совпадает, то содержание модулей может использоваться полностью, без изменений. В этом случае у учителя значитель но сокращается время на подготовку занятий без ущерба для учебного процесса. Возможно проведение уроков различных типов как на ба зовом, так и на углубленном уровне. Дополнительную пользу от использования содержания ЭУМ на уроках полностью могут получить молодые учителя, только начинающие свою педагогическую деятельность. На первых порах освоение ЭУМ и сопутствующих техноло гий потребует от педагогапредметника значительных затрат труда. Решение данной проблемы на первых порах осуществля ется за счет встроенных в ЭУМ методических указаний по их применению, в дальнейшем необходимо проведение очных и/или дистанционных курсов по повышению квалификации по применению ЭУМ в учебном процессе, обмену опытом успеш ного применения ЭУМ в типовых ситуациях.

155

2 . 5 . П Р О В Е Д Е Н И Е У Р О К О В РА З Н О Г О Т И П А (СОДЕРЖАНИЕ ЭУМ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ Ч АС Т И Ч Н О ) Наиболее распространенным направлением использования ЭУМ является использование их содержания частично, в зави симости от потребностей учителя при подготовке и проведении того или иного урока. Этому способствует модульная структура модулей, разнообразие элементов, из которых состоят ЭУМ И, П, Ктипов, изложение учебного материала на двух уровнях сложности. ЭУМ поддерживают практически все виды классной и вне классной работы, позволяют проводить лекционные занятия с использованием либо непосредственно ЭУМ, либо презентаций и демороликов, созданных на основе содержимого ЭУМ. ЭУМ поддерживает самостоятельную работу обучаемых при подго товке домашних заданий. Они могут быть использованы в каче стве справочника и энциклопедии при написании рефератов и творческих заданий. Виртуальные среды, используемые совмест но с ЭУМ, а также электронная почта, чаты и форумы позволя ют организовать оперативное индивидуальное и групповое об щение между преподавателями и обучаемыми, а также между обучаемыми. Встроенные в ЭУМ средства контроля знаний призваны обеспечить оперативную и многоуровневую проверку знаний на уровне самоконтроля, урока, подраздела, раздела, дис циплины.

2 . 6 . О Р ГА Н И З А Ц И И Д О П О Л Н И Т Е Л Ь Н Ы Х З А Н Я Т И Й С Н Е УС П Е В А Ю Щ И М И Электронные учебные модули могут быть использованы и как средство коррекции знаний учеников на дополнительных занятиях. Например, после получения неудовлетворительной оценки за проверочную работу учитель организует дополни тельные занятия для коррекции знаний и повышения оценки. Повысить эффективность таких занятий призвано компьютер ное тестирование. Программа сама определяет, какие вопросы изучены плохо. Далее возможны варианты: ● учитель сам составляет план дополнительных занятий отс тающего ученика с ЭУМ (индивидуальную образовательную траекторию); ● учитель и ученик вместе намечают план действий. На уроке у учителя нет времени на организацию коррек ционной работы, поскольку программа и так уплотнена до пре дела. Поэтому компьютер на таких занятиях — незаменимый помощник.

156

Учитель при этом выступает в роли консультанта (если это необходимо), что значительно легче, чем излагать учебный ма териал еще раз. Кроме того, учитель может заниматься в осво бодившееся время еще и с другими детьми. Таким образом, кор рекционная работа будет максимально индивидуализирована. Такое повторение пройденного материала несравненно более интересно ученикам, чем традиционные его способы (например, повторное чтение бумажного учебника), а следова тельно, и его эффективность будет выше. Это касается даже учеников со слабой мотивацией к изучению химии.

2.7. ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ Дистанционное обучение — это форма обучения, которая дополняет другие, традиционные формы обучения (например, «очную» классноурочную) или в отдельных случаях заменяет их (например, если учащемуся недоступны иные варианты в связи с удаленностью места проживания или проблемами со здоровьем). Комплект ЭУМ по химии позволяет организовать такое обу чение при наличии возможности: ● оперативной передачи на любые расстояния информации любого объема, любого вида (визуальной и звуковой, ста тичной и динамичной, текстовой и графической); ● хранения информации в памяти компьютера в течение не обходимого промежутка времени, возможность ее редакти рования, обработки, распечатки и т. д.; ● оперативной обратной связи; ● доступа к различным источникам информации; ● диалога с другими учащимися и преподавателями; ● переноса полученных материалов на дискету для распечат ки и работы с ними в удобное пользователю время. Дистанционное образование может представлять интерес для различных категорий учащихся: ● самостоятельно изучающих некоторые темы по химии, ко торые в их школе не преподаются; ● желающих ликвидировать пробелы в своих знаниях изза значительного пропуска занятий по болезни или другим причинам.

2 . 8 . О Р ГА Н И З А Ц И Я К О Н С У Л ЬТ А Ц И О Н Н Ы Х ЗАНЯТИЙ ДЛЯ ДЕТЕЙ С ОСЛАБЛЕННЫМ ЗДОРОВЬЕМ Консультация детей с ослабленным здоровьем с использо ванием ЭУМ проводится через дистанционное обучение, опи санное выше. Для некоторых категорий детей это практически

157

единственный способ получить доступ к образовательному про цессу.

3

ОПИСАНИЕ ТИПОВ МОДУЛЕЙ 3.1. МОДУЛИ ИНФОРМАЦИИ (Имодули)

ЭУМ Итипа содержат теоретический материал по школь ному курсу химии и составляют единое целое с ММП. ЭУМ Итипа нацеливают учащихся на активную познавательную дея тельность через использование интерактивных учебных матери алов. Важнейшей задачей педагога при этом является развитие индивидуальности учащихся. В основу построения ЭУМ Итипа положена идея единства химических знаний. Вещественное устройство мира, суть про исходящих изменений веществ, возможность управления этими изменениями с целью использования в практической жизни общества показаны с помощью трех уровней представления химической информации:

Рис. 1. Интерфейс ЭУМ «Физические и химические свойства ди и полисахаридов. Их применение» (макроуровень). Содержит графику и видеофрагмент

158

Рис. 2. Интерфейс ЭУМ «Алканы. Строение, свойства, получение и применение» (микроуровень). Содержит 3Dмодель молекулы и интерактивную анимацию

Рис. 3. Интерфейс ЭУМ «Строение, номенклатура и свойства альдегидов. Их получение и применение» (символьный уровень). Содержит анимацию механизма реакции

159

● ● ●

макроуровень — показ, описание и моделирование хими ческих явлений в природе и химической лаборатории; микроуровень — моделирование поведения атомов и моле кул в химических явлениях; символьный уровень — описание и моделирование хими ческих явлений при помощи химических формул и урав нений реакций.

3 . 2 . М О Д У Л И П РА К Т И К У М А ( П  м о д у л и )

3.2.1. Виртуальные лабораторные работы Лабораторные работы проводятся в виртуальной лаборато рии, которая включает необходимое химическое оборудование (пробирки, колбы, штативы и др.) и химические реактивы. Со став химического оборудования и химических реактивов, пре доставленных учащимся, определяется в соответствии с прово димой работой. Для визуализации химического оборудования и химических процессов использованы средства 3Dграфики и анимации. Использование виртуальных экспериментов для химическо го образования имеет ряд преимуществ: ● виртуальные опыты могут применяться для ознакомления учащихся перед непосредственной работой в лаборатории с техникой выполнения экспериментов, химической посу дой и оборудованием. Это позволяет учащимся лучше под готовиться к проведению этих или подобных опытов в реальной химической лаборатории; ● виртуальные химические эксперименты безопасны даже для неподготовленных пользователей; ● учащиеся могут также проводить такие опыты, выполнение которых в реальной школьной лаборатории может быть опасно и дорого; ● проведение виртуальных экспериментов могло бы помочь учащимся освоить навыки записи наблюдений, составления отчетов и интерпретации данных в «Лабораторном жур нале»; ● компьютерные модели химической лаборатории побужда ют учащихся экспериментировать и получать удовлетворе ние от собственных открытий. Выполняя лабораторную работу, учащийся манипулирует на экране трехмерными объектами и выбирает правильный объект из набора предложенных. Кроме этого, в случае необходимос ти предусмотрена возможность проведения необходимых изме рений виртуальными измерительными приборами и изменение параметров проводимых работ.

160

На всех этапах выполнения лабораторной работы програм мой осуществляется контроль действий учащихся и даются со ответствующие комментарии и рекомендации в виде текста или реплик. При проведении эксперимента учащийся получает по шаговые инструкции по выполнению опыта. Предусмотрено вы полнение опытов с различными параметрами. При неправиль ных действиях указываются ошибки и способы их исправления. Для более детального наблюдения за протеканием химичес ких реакций служит окно увеличения, в котором крупным пла ном показывается выпадение осадка, выделение газа, изменение цвета реактивов и другие признаки химических реакций. Окно увеличения показывается автоматически в ходе выполнения ре акции, требующей детального наблюдения. В ходе каждой лабораторной работы учащийся производит наблюдения (в виде «виртуальных фотографий»), обрабатывает и обобщает полученные результаты в «Лабораторном журнале». «Лабораторный журнал» предназначен для составления отче та о выполнении лабораторных работ. Для каждого лабораторно го опыта ученик составляет описание своих наблюдений при по мощи текстового комментария, химических формул, «виртуаль ных фотографий», сделанных в ходе выполнения опыта.

Рис. 4. Интерфейс ЭУМ «Виртуальная лабораторная работа «Зависи мость скорости химической реакции от природы реагентов»

161

При заполнении «Лабораторного журнала» используется специальная программа «Редактор химических уравнений». Окно «Редактор химических уравнений» вызывается автомати чески во время проведения опыта при завершении каждой ре акции. Во время выполнения химического опыта осуществляется сборка химической аппаратуры, операции с химическими реа гентами, выбор, перенос, переливание, сливание и т. д. Для этого используются формы взаимодействия пользователей с элект ронными образовательными ресурсами уровня интерактивнос ти III (деятельностные формы).

3.2.2. ЭУМ виртуальных лабораторных работ по конструированию молекул органических и неорганических соединений Для проведения опытов с молекулами используются ЭУМ, предназначенные для построения трехмерных моделей органи ческих и неорганических молекул. Использование трехмерных моделей молекул и атомов для иллюстрации химических фено менов обеспечивает понимание всех трех уровней представле ния химических знаний: микро, макро и символьного. Понима ние поведения веществ в химических реакциях становится бо лее доступным, когда есть возможность увидеть процессы на молекулярном уровне. Собранные молекулы представляются в виде штриховой, шаростержневой или масштабной трехмерных моделей. Преду смотрена возможность визуализации атомных орбиталей и электронных эффектов. На рисунке 5 представлен интерфейс ЭУМ «Виртуальная ла бораторная работа «Конструирование молекул одноосновных карбоновых кислот» по конструированию молекул органичес ких и неорганических соединений. Конструирование молекулы происходит на рабочем поле. Список атомов представляет хи мические элементы для построения молекул. Рядом находится список химических связей, необходимых для построения моле кул. Инструменты для редактирования молекул находятся на па нели инструментов. Управление визуализацией молекулы в пространстве также осуществляется при помощи панели управ ления. Операции управления позволяют осуществлять вращение молекул вокруг осей, изменять масштаб модели и т. д. Все ука зания к работе отображаются в окне комментария. Для составления отчета о выполнении лабораторной рабо ты предназначен «Лабораторный журнал», в котором ученик описывает ход выполнения опыта, свои наблюдения, размещает «виртуальные фотографии», полученные в ходе выполнения работы.

162

Рис. 5. Интерфейс ЭУМ «Виртуальная лабораторная работа «Констру ирование молекул одноосновных карбоновых кислот»

Отличительной особенностью ЭУМ виртуальных лабора торных работ по конструированию молекул органических и не органических соединений является использование IV уровня интерактивности с применением недетерминированных иссле довательских форм взаимодействия пользователей с электрон ными образовательными ресурсами. Данный ЭУМ представляет собой интерактивную многосвязную среду с многомодельной поддержкой. По существу, такая среда близка к виртуальной ре альности (ВР), максимально использующей новые педагогичес кие инструменты: интерактив, мультимедиа, моделинг.

3.2.3. ЭУМ виртуальных лабораторных работ по конструированию изомеров ЭУМ виртуальных лабораторных работ по конструирова нию изомеров органических соединений обеспечивают лучшее понимание строения вещества на двух уровнях представления химических знаний: символьном и атомномолекулярном. Ис пользуя конструктор изомеров, учащиеся легко соотносят обыч ные химические формулы с их шаростержневыми и масштаб

163

Рис. 6. Интерфейс ЭУМ «Конструирование изомеров аминов»

ными прототипами, визуализирующими их пространственное строение. На рисунке 6 показан интерфейс ЭУМ «Конструирование изомеров аминов». Конструирование молекулы происходит на рабочем поле. Список элементов представляет химические эле менты и их группы, необходимые для построения изомеров. Па нель управления содержит элементы управления просмотром трехмерных молекул изомеров и автоматического заполнения свободных связей атомами водорода. В окне просмотра трех мерного вида расположена панель выбора вида представления молекулы: стержневой, шаростержневой, масштабный или в ви де электронных облаков. Список готовых изомеров содержит формулы и фотографии собранных учеником молекул и позво ляет переместить их на рабочее поле для дальнейшего редакти рования. Все необходимые указания к работе отображаются в окне комментария. Для составления отчета о выполнении лабораторной рабо ты используется «Лабораторный журнал», в котором ученик описывает свои наблюдения и размещает «виртуальные фото графии». Отличительной особенностью ЭУМ виртуальных лабора торных работ по конструированию изомеров является исполь

164

зование IV уровня интерактивности с применением недетерми нированных исследовательских форм взаимодействия пользова телей с электронными образовательными ресурсами. Данный ЭУМ представляет собой интерактивную многосвязную среду с многомодельной поддержкой. По существу, такая среда близка к виртуальной реальности (ВР), максимально использующей новые педагогические инструменты: интерактив, мультимедиа, моделинг.

3.2.4. ЭУМ виртуальных лабораторных работ по конструированию механизмов химических реакций ЭУМ виртуальных лабораторных работ по конструирова нию механизмов химических реакций предназначен для созда ния учебных презентаций к одному из самых сложных разде лов школьного курса химии. Высокий уровень интерактивности и богатые возможности по конструированию анимаций неиз менно вызывают стойкий интерес учеников и, дополняя поша говые анимации из информационных модулей, значительно об легчают изучение этого раздела химии. На рисунке 7 показан интерфейс ЭУМ «Виртуальная лабо раторная работа «Конструирование механизмов химических реакций по теме «Кислородосодержащие органические соедине ния». Механизмы химических реакций конструируются на рабо чем поле. В области заголовка отображается название создавае мого механизма реакции. Пошаговая анимация создается из объектов (химических формул веществ, атомов, связей и изоб ражений специальных символов и условных обозначений), рас положенных в списке библиотека объектов. Способ аними рования объекта задается с помощью элементов управления в области настроек анимации объекта. Управление ключевыми кадрами производится с помощью элементов из области наст ройки ключевого кадра. В области панели ключевых кадров отображается уменьшенное изображение анимации в ключевых кадрах. Кнопки управления воспроизведением обеспечивают воз можность воспроизвести созданную анимацию, приостановить ее воспроизведение, перейти к ее началу или концу. Кнопки сер висных функций позволяют ученику сохранить на диске создан ную анимацию или загрузить анимацию с диска. Во время конструирования анимации механизмов химичес кой реакции осуществляется сборка атомов, веществ и химичес ких связей, операции с элементами химической реакции: выбор, перенос, добавление, исключение и т. д. Отличительной особенностью ЭУМ виртуальных лабора торных работ по конструированию механизмов химических реакций является использование IV уровня интерактивности

165

Рис. 7. Интерфейс ЭУМ «Виртуальная лабораторная работа «Конструи рование механизмов химических реакций по теме «Кислородосодер жащие органические соединения»

с применением недетерминированных исследовательских форм взаимодействия пользователей с электронными образователь ными ресурсами. Данный ЭУМ представляет собой интерак тивную многосвязную среду с многомодельной поддержкой.

3.2.5. ЭУМ по решению задач по химии ЭУМ по решению задач по химии предназначены для вы работки у учащегося навыков в решении расчетных задач по хи мии. В ЭУМ реализована методика обучения решению расчет ных химических задач. Эти ЭУМ представляют особую ценность при самостоятельной подготовке учащихся к занятиям и экза менам (в том числе и ЕГЭ). На рисунке 8 показан интерфейс ЭУМ «Решение задач по теме «Закон сохранения массы веществ. Закон сохранения и превращения энергии при химических реакциях». В области условие задачи представлен текст задачи. Решение задачи про исходит на рабочем поле. В список исходных данных помеще ны данные, взятые из условия задачи. Область химические фор мулы представляет собой список химических формул, необхо

166

Рис. 8. Интерфейс ЭУМ «Решение задач по теме «Закон сохранения массы веществ. Закон сохранения и превращения энергии при хими ческих реакциях»

димых для решения задачи. Данные, полученные в процессе ре шения, ученик может поместить в список промежуточных дан ных. В области выбора ответа учащийся выбирает правильный ответ из предложенных вариантов. С помощью кнопки список задач ученик может вернуться к списку задач. В процессе решения задачи осуществляется вывод общей формулы и подстановка в нее численных значений. При этом осуществляются такие операции, как выбор, перенос, добавле ние, замена и т. д. Отличительной особенностью ЭУМ по решению задач по химии является использование IV уровня интерактивности с применением недетерминированных исследовательских форм взаимодействия пользователей с электронными образователь ными ресурсами. В данном случае применяются следующие формы ЭУМ IV уровня: ● совмещение любых объектов (из представленных в данном фрагменте контента) для изменения их свойств или полу чения новых объектов; ● составление произвольных композиций объектов;

167

● ● ●

объединение объектов связями с целью организации неде терминированной системы; изменение параметров/характеристик процессов в неогра ниченных пределах; введение осмысленных структурных/конструктивных изме нений в исследуемую систему.

3.3. МОДУЛЬ КОНТРОЛЯ (КМОДУЛЬ) В ЭУМ Ктипа представлены средства для тестирования по лученных учащимися знаний. Для тестирования учащихся пре доставляется набор контрольных заданий. Предусмотрена воз можность использования 7 различных мультимедиа форм для записи контрольных заданий. По результатам выполнения контрольных заданий осущес твляется подсчет полученных баллов и составляется перечень допущенных ошибок. Тип тестового вопроса «Построение соответствия». Для данного варианта теста (рис. 9) пользователь должен провести линии между двумя соответствующими элементами.

Рис. 9. Интерфейс ЭУМ «Тесты по теме «Строение, классификация и номенклатура органических соединений». Тип тестового вопроса «Построение соответствия»

168

Рис. 10. Интерфейс ЭУМ «Тесты по теме «Оборудование химической лаборатории». Тип тестового вопроса «Размещение терминов и по нятий»

Для этого нужно щелкнуть клавишей мыши сначала по одной точке (первая половина), а затем по второй точке (вторая по ловина). Тип тестового вопроса «Размещение терминов и понятий». В тесте (рис. 10) пользователь должен разнести предложен ные элементы на заданные позиции. Для этого необходимо щелчком клавиши мыши выбрать обозначение и «перенести» его на одну из позиций, обозначенных горизонтальной чертой, после чего отпустить клавишу мыши.

4

ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВОЗМОЖНЫХ ФОРМ О Р ГА Н И З А Ц И И У Ч Е Б Н О Й ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБУЧАЕМЫХ ПРИ ОСВОЕНИИ ЭУМ

Потенциал, заложенный в ЭОР, основанных на модульной архитектуре, обеспечивает расширение выбора форм организа ции учебной деятельности обучаемых. Кроме этого, появляется возможность:

169

комбинирования различных форм организации учебной деятельности обучаемых для настраивания учебного про цесса под решение заданных педагогических задач; ● учета потребностей контингента обучаемых; ● учета технической оснащенности учебного процесса сред ствами ИКТ. Модульная организация ЭОР, включающая использование вариативных ЭУМ с различной глубиной изложения учебного материала, обеспечивает гибкость в формировании учебной программы. Появляется возможность использовать ЭУМ в обыч ных и профильных классах, в дополнительном образовании — химических кружках, факультативных курсах по химии для под готовки к поступлению в профильные вузы. В свою очередь, на личие ЭУМ различных типов дает возможность учителю чере довать на уроке различные элементы учебного процесса — из ложения материала, практику, проведение опросов и тестов. Однако доминантой в использовании ЭОР является расши рение самостоятельной работы учащихся. Модульная организа ция ЭОР обеспечивает здесь новые возможности. Мультимедиа и интерактив позволяют повысить качество освоения учебного материала, сократить время, необходимое для его изучения. ЭУМ контролирующего типа расширяют средства управления самостоятельной работой обучаемых за счет формирования от четов о выполнении тестовых заданий. При этом регулярное применение тестирования дает учителю исчерпывающую ин формацию об учебной работе каждого ученика, об уровне ос воения материала, о наличии пробелов в усвоении учебной программы. Наличие подробной информации по результатам тестирования обеспечивает точный текущий контроль знаний учащихся, что позволяет управлять индивидуальными траекто риями усвоения материала обучаемыми. Наличие достаточного числа компьютеров с установленны ми на них модулями ЭУМ дает возможность оперативно прово дить проверки знаний, предлагать обучаемым не только вопро сы, но и нетривиальные творческие задачи. Большое влияние использование ЭУМ оказывает на органи зацию работы учителя во время урока. Так, например, примене ние мультимедийного проектора позволяет повысить нагляд ность изложения материала, сократить время на его объяснение. Рассмотрим более подробно формы организации учебной деятельности обучаемых при освоении ЭУМ. ●

4 . 1 . Ф Р О Н Т А Л Ь Н А Я РА Б О Т А С Э У М Фронтальная форма работы с ЭУМ наиболее привычна и легко принимаема учителем в силу традиционности и отшли фованности фронтальных форм учебной деятельности в совре

170

менном учебном процессе, однако эта форма наименее соответ ствует идеологии ЭУМ. Фронтальная форма учебной работы позволяет обеспечи вать одновременное руководство всеми учащимися, активно уп равлять восприятием информации, систематическим повторе нием и закреплением знаний учениками класса; способствует сплочению коллектива, учит ребят отстаивать свою точку зрения, умению слушать других. Однако наряду с ее положительными сторонами имеется ряд существенных недостатков: ученики с низкими учебными возмож ностями работают медленно, хуже других усваивают материал, а ребята с высокими учебными возможностями теряют много вре мени на то, что им уже понятно и известно. Все плюсы и мину сы традиционной фронтальной работы в классе автоматически переносятся и на фронтальную работу учащихся с ЭУМ. Главным ее минусом является невозможность обеспечить на уроке химии компьютером каждого ученика, что характерно для многих школ.

4 . 2 . С А М О С Т О Я Т Е Л Ь Н А Я РА Б О Т А У Ч А Щ И Х С Я П О И Н Д И В И Д УА Л Ь Н Ы М Т РА Е К Т О Р И Я М Самостоятельная (индивидуальная) работа учащихся с ЭУМ И, Птипов в наибольшей мере соответствует идеологии приме нения ПК в учебном процессе, помогает учитывать возрастные и психологические особенности каждого ученика. Ее можно разделить на эпизодическую самостоятельную работу учащихся с ЭУМ и самостоятельную работу учащихся по индивидуальным учебным траекториям. Работая самостоятельно, ученик проявляет инициативу, его темп работы зависит от его работоспособности, склонностей, учебных возможностей, подготовленности, целеустремленности. Такая форма работы предполагает подбор приемов и дидакти ческих средств обучения, обеспечивающих оптимальное разви тие любого ученика в классе как самостоятельного сильного, так и слабого. Можно выделить четыре разновидности самостоятельной, познавательной деятельности учащихся с ЭУМ в процессе обу чения: ● Определение цели учения и составление индивидуальной учебной траектории осуществляется учителем. Ученик вы ступает в роли исполнителя. ● Цель учения учащийся определяет с помощью учителя, а индивидуальную учебную траекторию составляет самостоя тельно и работает под руководством учителя. ● Цель учения и индивидуальную учебную траекторию уча щийся определяет самостоятельно, но работает под руко водством учителя.

171

Учащийся сам определяет содержание, цель учения, инди видуальную учебную траекторию и самостоятельно ее вы полняет. Самостоятельная работа учащихся с ЭУМ преимущественно используется при закреплении знаний (домашняя работа, полу чение справок, самостоятельная творческопоисковая деятель ность), формировании умений и навыков (подготовка к конт рольным работам и экзаменам), контроле знаний (компьютер ное тестирование, решение задач виртуального решебника, защита презентаций и т. д.). Самостоятельная работа учащихся с ЭУМ как форма учеб ной деятельности, способствуя воспитанию самостоятельности учеников, таит в себе недостатки. Она разъединяет школьников, создает условия для развития эгоизма, снижает положительное влияние на формирование и развитие коллектива, учащийся мо жет замыкаться в себе, становиться малообщительным челове ком. ●

4 . 3 . РА Б О Т А В П А РА Х С М Е Н Н О Г О С О С Т А В А Это эффективная, но достаточно трудно реализуемая фор ма организации учебной деятельности учащихся с ЭУМ. Пред полагает развитые возможности сетевого общения между учени ками и соответствующее техническое обеспечение: ПК на каж дого ученика с установленными ЭУМ, наличие локальной и глобальной сетей. При использовании коллективной работы создаются вре менные пары и группы учащихся для совместного решения определенной задачи. Ученикам предлагается обсудить задачу, наметить путь решения, подойти к решению и, наконец, пред ставить найденный совместно результат. Эта форма организации учебной деятельности позволяет сформировать у учащихся навыки коллективного труда, взаимо контроля и самоконтроля, а также умение действовать в различ ных жизненных ситуациях.

4 . 4 . Г Р У П П О В А Я РА Б О Т А Групповая форма организации познавательной деятельнос ти учащихся с ЭУМ является промежуточной между фронталь ной и работой в парах сменного состава. Для выполнения поставленных задач класс делится на груп пы, в которых ребята совместно планируют свою работу с ЭУМ, обсуждают способ решения. В учебном процессе при групповой работе между учащимися происходит обмен информацией.

172

В процессе учебной работы происходит взаимопомощь, взаимное обогащение, создается более благоприятная, доброже лательная обстановка для тех ребят, которые смущаются высту пать перед всем классом. Наибольшие трудности у учителя вызывает формирование групп. Здесь важно учитывать уровень успеваемости, различную информированность, разную трудоспособность ребят, взаимо отношения в классе. От того, как учитель справится с пробле мами, связанными с организацией групповой формы деятель ности, зависит успешность урока.

5

ОПИСАНИЕ ДИДАКТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРОВЕДЕНИЯ УРОКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РА З РА Б А Т Ы В А Е М Ы Х Э У М ВСЕХ ТИПОВ

При описании дидактических моделей мы исходим из то го, что ЭУМ допускают многовариантное использование, кото рое в значительной степени зависит от следующих факторов: ● технического обеспечения школы компьютерной техникой; ● подготовленности учителя к использованию информацион ных технологий в учебном процессе; ● наличия программных средств, поддерживающих организа цию взаимодействия между обучаемыми и преподавателем. Современные информационные технологии способны по высить качество образовательного процесса при условии: ● увеличения КПД учителя за счет предоставления ему допол нительных возможностей для построения индивидуальных образовательных траекторий учащихся с разным уровнем готовности к обучению, уменьшения непроизводительных затрат его труда; ● изменения роли учителя из чуть ли не единственного но сителя информации в технолога современного учебного процесса, в котором ведущая роль отводится не столько и не только обучающей деятельности педагога, сколько соз данию условий для привития учащимся умения учиться; ● изменения роли учащегося из пассивного слушателя в са моуправляемую личность, способную использовать те сред ства информации, которые ему доступны; ● создания для учащихся условий свободного выбора собственной траектории обучения, развития творческих функций мышления, повышения оперативности и объек тивности оценки результатов их учебного труда, повыше ния мотивации к изучению данного предмета.

173

В таком случае можно будет рассматривать информацион ные технологии в учебном процессе как новую форму органи зации разноуровневого, адаптивного обучения. Мы рассмотрим только основные дидактические модели проведения уроков с использованием ЭУМ.

5.1. СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ УРОКИ

5.1.1. Изучение нового материала Урок — изучение нового материала с использованием ЭУМ в качестве библиотеки наглядных пособий в кабинете химии, оснащенном одним компьютером и проектором (уроклекция). Данная дидактическая модель может быть применена при недостаточном оснащении школы компьютерной техникой (на личие только 1 компьютера с проектором), при этом набор ЭУМ может использоваться при объяснении новой темы (лек ция) в качестве библиотеки наглядных пособий. Красочность и динамичность моделей повышают у учащихся интерес к изучае мому материалу, а модульная структура ЭУМ позволяет учителю эффективно встраивать аудиовизуальный ряд модулей в план своего урока. На завершающем этапе урокалекции, при повтор ном просмотре подобранной учителем последовательности ЭУМ, совместно с учащимися класса намечаются кадры будуще го опорного конспекта по теме. Дома ученики создают опорный конспект, используя инструменты из набора ЭУМ, и готовят по нему свой рассказпрезентацию. В зависимости от наличия домашних компьютеров индиви дуальные домашние задания выдаются на распечатках или пе ресылаются по сети на рабочие места обучаемых. Комплексный контроль знаний по теме урока осуществляется в основном устно. Урок — изучение нового материала с элементами лабора торнопрактического занятия. Используются материалы и документы ЭУМ на основе самостоятельной групповой работы учеников. При реализации этой дидактической модели для изучения нового материала может применяться групповая работа учащих ся с ЭУМ. При этом развивается самостоятельность учащихся, их творческая активность, формируются навыки работы в груп пе. В рамках каждой группы на этапе работы с материалом про исходит распределение деятельности между ее членами в соот ветствии с возможностями и склонностями каждого. Учащиеся, работая со смысловыми элементами ЭУМ Итипа, совместно отвечают на задания промежуточного контроля, выполняют виртуальный эксперимент, создают план своего рассказа на сле

174

дующий урок. Для учеников, проявляющих интерес к химии, та кой план можно заменить подготовкой презентации. Результа том работы является план подготовки устного ответа к следую щему уроку или презентация по теме, защита которой происхо дит на уроке обобщения и систематизации знаний. Организация работы по коррекции знаний. Дополнитель ные занятия. В ходе реализации данной дидактической модели набор ЭУМ И, П, Ктипов позволяет эффективно построить допол нительные занятия с учащимися, пропустившими занятия по болезни или неуспевающими. Компьютер дает возможность проводить такую работу с несколькими учениками одновре менно. Работа начинается с конструирования индивидуальной об разовательной траектории. На этом этапе желательно проведе ние предварительного тестирования ученика для выявления пробелов в его знаниях. Индивидуальная образовательная тра ектория строится с опорой на результаты тестирования. Эффек тивность данного этапа можно повысить при привлечении са мого ученика к формированию траектории. Это повышает его мотивацию по заполнению пробелов в знаниях, учит самостоя тельности в учебной деятельности. Затем ученик работает с ЭУМ самостоятельно. Учитель выс тупает в роли консультанта. При данной дидактической модели необходима установка ЭУМ на компьютере каждого обучаемого.

5.1.2. Отработка учебных навыков по теме Урок — обобщение и систематизация знаний по теме в форме конкурса устных сообщений. Такой урок решает следующие задачи: ● привести в систему факты и изученные явления; ● установить между ними логические связи; ● продолжить формирование навыков самостоятельной ра боты. Дидактическая модель проведения такого урока основана на дополнительных возможностях, предоставляемых учащимся информационнометодическим комплексом ЭУМ: быстрый по иск информации, структурированность информации, возмож ность создания схем и опорных конспектов из готовых визуаль ных элементов ЭУМ. О проведении такого урока учащимся сообщается заранее. Вопросы к уроку распределяются между учениками. Им дается план сообщений и время на поиск информации в ЭУМ, Интер нете, соответствующей литературе.

175

Затем объявляется конкурс на лучшее устное сообщение в сочетании с демонстрацией опытов, графических и объемных наглядных пособий из ЭУМ. Для данной дидактической модели желательно наличие в классе проектора. Урок — работа над проектами и презентациями (итого вое обобщение и систематизация знаний). Данный тип урока относится к урокам итогового обобще ния и систематизации знаний. Дидактическая модель при этом реализуется следующим образом. Урок проводится после изучения целой темы; ему свойстве нен более высокий уровень обобщения, чем при текущем обоб щении. Больший эффект дает работа в парах и группах. Резуль татом совместной деятельности становится набор обобщающих схем или презентация. От учащихся требуется не только соста вить презентацию, но и подготовиться к ее защите. При работе в группе имеется возможность организовать тренировочную защиту своего продукта. Учитель выступает в роли консультанта, возможно пригла шение старшеклассников для этой роли.

5.1.3. Контроль полученных знаний Урок — защита проектов и презентаций, подготовленных на предыдущих уроках. Это достаточно специализированная дидактическая модель. Логическим завершением урока обобщения и систематиза ции знаний, проведенного в форме подготовки презентаций или опорных конспектов, является урок — защита созданных проектов. Для проведения такого занятия желательны спаренные уро ки и наличие в классе проектора. Урок можно проводить в виде общественной защиты с приглашением старшеклассников, родителей, других преподава телей химии, что резко повышает ответственность учащихся к подготовке таких презентаций и имеет большое воспитательное значение. Данная дидактическая модель отличается от предыдущей обязательным использованием мультимедийного проектора. Урок — контрольная работа по теме (попеременное использование компьютеров — «диагональная схема»). На контрольной работе возможны следующие варианты. Класс делится на две группы.

176

Учитель готовит к уроку перечень вопросов для устного оп роса учащихся у доски. Пока одна группа выполняет контроль ные тесты из ЭУМ Ктипа, другая группа работает с учителем (отвечает на вопросы у доски). Затем группы меняются местами. При недостаточном количестве компьютеров в классе воз можен еще один вариант. Класс делится на три группы. Первая группа выполняет компьютерное тестирование, вторая группа осуществляет работу по карточкам, подготовленным учителем, третья группа отвечает у доски. Такая дидактическая модель контролирующего урока отли чается насыщенностью и эффективностью, так как позволяет комплексно проверить знания учащихся всего класса по теме или подразделу.

5.2. ИНТЕГРИРОВАННЫЕ УРОКИ Попеременное использование компьютеров учащимися («диагональная схема»). Ранее уже описывалась «диагональная схема» применения ЭУМ. На интегрированном уроке такую дидактическую модель удобно применять для проверки усвоения учащимися домашне го задания или изучения одногодвух ЭУМ по подразделу. Самостоятельная работа на компьютере учащихся составит 10— 15 минут. Главная задача в этом случае — обеспечить равномерную загруженность учащихся. Последовательность заданий зависит от методических целей и содержания конкретного урока. Вариант 1. Используется ЭУМ Итипа как источник учебной информации. Тогда группы без компьютеров работают с учите лем или текстом учебника, выполняют письменное задание в ра бочей тетради. Вариант 2. Используется ЭУМ Птипа как виртуальный тре нажер. Группы без компьютеров работают с учителем, текстом учебника или выполняют реальный химический эксперимент, в проведении которого они потренировались на виртуальном тренажере. Вариант 3. Используется ЭУМ Ктипа для проверки усвое ния теоретического материала предыдущего урока. Другие груп пы в это время работают с учителем, изучают новую тему с использованием текста учебника и т. д. Индивидуальная работа каждого ученика за компьюте ром. Данная дидактическая модель обеспечивает оптимальный вариант для работы с набором ЭУМ, который позволяет инди видуализировать процесс обучения химии. Ученики работают с ЭУМ самостоятельно, каждый со своей скоростью и уровнем

177

изучения материала (уровнем сложности). На уроке учитель выступает в роли консультанта, контролирует работу класса со своего компьютера (просматривает протоколы работы учени ков, конспекты, оценки) и имеет возможность заниматься инди видуально с теми, кто в этом нуждается. У ученика появляется возможность совместно с учителем составлять индивидуальную образовательную траекторию по предмету и работать по ней. При данной дидактической модели необходима установка ЭУМ на компьютере каждого обучаемого, наличие подключения к Интернету. Данная дидактическая модель является оптимальной с точ ки зрения наглядности, интенсивности учебного процесса, уровня усвояемости. Групповая работа учащихся в компьютерном классе. Для реализации данной дидактической модели требуется, чтобы количество компьютеров в классе было не меньше коли чества групп учащихся. Групповая работа с ЭУМ возможна на любом этапе интег рированного урока и может применяться во время изучения но вого материала, выполнения виртуальных лабораторных работ, обобщения и закрепления, проверки выполнения домашнего задания. Перед уроком учитель делит класс на группы. На этапах объяснения и закрепления изучаемого материа ла (это может быть объяснение учителя или самостоятельная работа учащихся с ЭУМ) попеременно слово для выступления предоставляется то одной, то другой группе. Остальные группы в это время выступают в качестве оппонентов. Группадоклад чик рассказывает о своем понимании данной части изучаемой темы. Оппоненты дополняют и корректируют выступающих. Учитель на этом этапе урока является консультантом и ведущим. На этапе проверки выполнения домашнего задания может проводиться соревнование между группами. Большой проблемой при проведении таких уроков являет ся неоднородность учащихся по своим мыслительным способ ностям и невозможность проведения полноценного автомати зированного контроля знаний учеников. Сильные ученики при работе в группе, как правило, подавляют более слабых. Разработанные электронные учебные модули по предмету «Химия» размещены во ФЦИОР, что обеспечивает доступ к ним школ Российской Федерации, подключенных к Интернету в рамках реализации приоритетного национального проекта «Образование».

178