A vizualizáció az egyik leghatékonyabb oktatási módszer, amely segít sokkal könnyebben és mélyebben megérteni a különféle jelenségek lényegét, nem ok nélkül használták a vizuális segédeszközöket az ókorban. A vizualizáció és a modellezés különösen akkor hasznos, ha dinamikus, időben változó objektumokat és jelenségeket tanulmányozunk, amelyeket nehéz lehet megérteni, ha egy egyszerű statikus képet nézünk egy közönséges tankönyvben. A laboratóriumi munka és az oktatási kísérletek nemcsak hasznosak, hanem nagyon érdekesek is – természetesen megfelelő szervezés mellett.

Nem minden oktatási kísérletet lehet vagy kell végrehajtani „valódi” módban. Nem meglepő, hogy a számítógépes szimulációs technológiák gyorsan beléptek erre a területre. Jelenleg a piacon számos szoftvercsomag található, amelyeket virtuális oktatási kísérletek megvalósítására terveztek. Ez az áttekintés az ilyen megoldások viszonylag új megtestesülését vizsgálja: a virtuális online laboratóriumokat. Segítségükkel számítógépes kísérleteket végezhet további programok vásárlása nélkül, és bármikor elérhető az internet.

Az ilyen típusú modern hálózati projektek fejlesztésében ma már több irányzat is megfigyelhető. Az első a jelentős mennyiségű erőforráson való szétszórtság. A jelentős mennyiségű tartalmat felhalmozó nagy projektek mellett számos olyan webhely található, amelyek néhány laboratóriumot tartalmaznak. A második trend a több iparágat átfogó projektek jelenléte, amelyek különböző tudáságak számára laboratóriumokat kínálnak, valamint a tematikus speciális projektek. Végül meg kell jegyezni, hogy a természettudományokkal foglalkozó laboratóriumok a legjobban az interneten képviseltetik magukat. Valójában a fizikai kísérletek általában nagyon költséges vállalkozást jelenthetnek, és egy számítógépes laboratórium lehetővé teszi, hogy betekintsen összetett folyamatok kulisszái mögé. A kémia is nyer: nem kell valódi reagenseket, laboratóriumi eszközöket vásárolni, nem kell félni attól, hogy hiba esetén elront valamit. Ugyanilyen termékeny terepe a virtuális laboratóriumi műhelyeknek a biológia és az ökológia. Nem titok, hogy egy biológiai tárgy részletes tanulmányozása gyakran a halálával végződik. Az ökológiai rendszerek nagyok és összetettek, ezért a virtuális modellek használata megkönnyíti azok észlelését.

Áttekintésünk számos legérdekesebb online projektet tartalmaz, mind szerteágazóan, mind tematikusan. Az áttekintés összes internetes forrása nyílt, ingyenes hozzáférésű webhely.

VirtuLab

A VirtuLab erőforrás a virtuális kísérletek legnagyobb gyűjteménye a modern Runet különböző tudományterületein. A gyűjtemény fő egysége egy virtuális kísérlet. Technikai szempontból ez egy Adobe Flash segítségével készült interaktív videó. Egyes laboratóriumok háromdimenziós grafikával készülnek. A velük való munkához telepítenie kell az Adobe Shockwave Playert a Havok Physics Scene kiegészítővel. Ezt a kiegészítőt a director-online.com oldalon találja. A létrejövő archívumot ki kell csomagolnia az Adobe Shockwave Player Xtras könyvtárába, amely a Windows rendszerkönyvtárában található.

A VirtuLab erőforrás a virtuális online legnagyobb gyűjteménye
laboratóriumokoroszul

Minden videó lehetővé teszi egy kísérlet elvégzését, amelynek tanulási célja és világos feladata van. A felhasználó rendelkezésére áll minden eszköz és tárgy, amely az eredmény eléréséhez szükséges. A feladatok és tippek szöveges üzenetként jelennek meg. A VirtuLab videók erős oktató jellegűek, például ha a felhasználó hibázik, a rendszer nem engedi tovább, amíg a hibát ki nem javítják.

A VirtuLab kísérletek gyűjteménye meglehetősen kiterjedt és változatos. A VirtuLab nem rendelkezik saját beépített keresővel, így a kívánt kísérlet megtalálásához csak végig kell görgetni a katalógus részeit. Az archívum négy fő blokkra oszlik: „Fizika”, „Kémia”, „Biológia” és „Ökológia”. Ezeken belül vannak szűkebb tematikus szakaszok. Különösen a fizika esetében ezek ennek a tudományágnak a részei. Vannak kísérletek a mechanika, elektromos és optikai effektusok megismertetésére. Számos laboratórium készül a 3D-s grafikával, amely segít különféle kísérletek bemutatásában: a dinamométerekkel végzett kísérletektől a fénytörésig és más optikai effektusokig.

A „biológiában” az iskolai tanterv osztályai váltak a felosztás alapjául. A feladatok tartalma itt nagyon eltérő lehet. Tehát vannak feladatok a különféle élő szervezetek szerkezeti jellemzőinek tanulmányozására (például tervező mindenféle organizmus összeállítására a javasolt „részletekből”), valamint olyan feladatok, amelyek szimulálják a mikroszkóppal és a különféle szövetek preparátumaival végzett munkát.

A PhET webhely Java kisalkalmazások több iparágra kiterjedő gyűjteménye,
amellyel online és helyi számítógépen is dolgozhat

Külön kiemelve a Cutting Edge Research rovatban a legmodernebb kutatásoknak szentelt bemutatókat. Az archívumban rendszeresen megjelennek új elemek, az Új Sims rész nekik szól.

Ügyeljen a Translated Sims alszakaszra. Ez az oldal azon nyelvek listáját tartalmazza, amelyekre a javasolt virtuális laborokat lefordították. Van köztük egy orosz is – ma pontosan ötven ilyen kísérlet van itt. Érdekesség, hogy az angol, szerb és magyar nyelvű tüntetések száma szinte egyenlő. Ha szeretné, részt vehet a bemutatók fordításában. Ehhez egy speciális PhET Translation Utility alkalmazást kínálnak.

Mik azok a PhET demók, és kik profitálhatnak belőlük? Java technológiára épülnek. Ez lehetővé teszi kísérletek online futtatását, kisalkalmazások letöltését a helyi számítógépére, és widgetként más weboldalakba ágyazását. Mindezek a lehetőségek minden PhET bemutató oldalon megtalálhatók.

Minden PhET-kísérlet interaktív. Tartalmaznak egy vagy több feladatot, valamint a megoldásukhoz szükséges összes elemet. Mivel a megoldás előrehaladását általában a szöveges megjegyzésekben kellően részletesen ismertetik, a bemutatók fő célja a hatások megjelenítése és magyarázata, nem pedig a felhasználó tudásának és készségeinek tesztelése. Tehát a kémiai rész egyik bemutatója azt javasolja, hogy a javasolt atomokból állítsunk össze molekulákat, és nézzük meg az eredmény háromdimenziós megjelenítését. A biológiai részben egy kalkulátor található az ember napközbeni kalóriafogyasztásának egyenlegéhez: megadható az elfogyasztott táplálék fajtái és mennyisége, valamint a fizikai gyakorlatok mennyisége. Ezután már csak az adott korú, magasságú és kezdeti súlyú kísérleti "kisember" változásainak megfigyelése marad. A matematikai rész nagyon hasznos grafikus eszközökkel büszkélkedhet különféle függvényekhez, számtani játékokhoz és egyéb érdekes alkalmazásokhoz. A fizika részleg „laboratóriumok” széles skáláját kínálja, amelyek különféle jelenségeket demonstrálnak – az egyszerű mozgástól a kvantumkölcsönhatásokig.

PhET
Fokozat: 4
Interfész nyelve: Angol, van orosz
Fejlesztő: Colorado Egyetem
Weboldal: phet.colorado.edu

Wolfram demonstrációs projekt

Az online laborok nagyon értékes forrása a Wolfram Demonstrations Project, egy multidiszciplináris forrás. A projekt célja a modern tudomány és technológia fogalmainak vizuális bemutatása. A Wolfram azt állítja, hogy egyetlen platform, amely lehetővé teszi az online interaktív laboratóriumok egységes katalógusának létrehozását. Ez a fejlesztők szerint lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy elkerüljék a heterogén tanulási erőforrások és fejlesztői platformok használatával kapcsolatos problémákat.

A Wolfram Demonstrations Project katalógusa több mint 7000 elemet tartalmaz.
virtuális laboratóriumok

Ez az oldal egy nagyobb Wolfram internetes projekt része. A Wolfram Demonstrations Project jelenleg több mint 7000 interaktív demót tartalmazó lenyűgöző katalógussal rendelkezik.

A laboratóriumok és bemutatók létrehozásának technológiai alapja a Wolfram Mathematica csomag. A demók megtekintéséhez le kell töltenie és telepítenie kell egy speciális Wolfram CDF lejátszót, amelynek mérete valamivel több, mint 150 MB.

A projektkatalógus 11 fő részből áll, amelyek a tudás és az emberi tevékenység különböző ágaira vonatkoznak. Vannak nagy fizikai, kémiai és matematikai szakaszok, valamint a technológiának és a mérnöki munkáknak szentelt részek. A biológiai tudományok jól képviseltetik magukat. A modellek bonyolultsági szintjei, valamint a bemutatás szintjei nagyon eltérőek. A katalógus meglehetősen összetett, a felsőoktatást célzó bemutatókat tartalmaz, és számos laboratórium foglalkozik a legújabb tudományos eredmények illusztrálásával. Ugyanakkor az oldalon gyerekeknek szánt részek is találhatók. Talán a nyelvi korlát bizonyos kényelmetlenséggé válhat: a Wolfram projekt jelenleg tisztán angol nyelvű. A demókban és laborokban viszont kevés a szöveg, a kezelőeszközök meglehetősen egyszerűek, és könnyen kezelhetőek, felszólítás nélkül.

Nincsenek konkrét feladatok vagy ellenőrzésük a végrehajtásuk felett. A tartalmat azonban nem nevezheti csupán prezentációknak vagy videóknak. A Wolfram demói elég sok interaktivitást tartalmaznak. Szinte mindegyik rendelkezik olyan eszközökkel, amelyek segítenek megváltoztatni a megjelenített objektumok paramétereit, ezáltal virtuális kísérleteket végezni rajtuk. Ez hozzájárul a bemutatott folyamatok és jelenségek mélyebb megértéséhez.

Wolfram demonstrációs projekt
Fokozat: 4
Interfész nyelve: Angol
Fejlesztő: Wolfram demonstrációs projekt és közreműködők
Weboldal: demonstrations.wolfram.com

IrYdium Kémiai Lab

A modern web "diverzifikált" projektjein kívül számos speciális online laboratórium is foglalkozik bizonyos tudományokkal. Kezdjük a The ChemCollective-vel, a kémia tanulmányozásának szentelt projekttel. Rengeteg angol nyelvű tematikus anyagot tartalmaz. Egyik legérdekesebb szekciója saját virtuális laboratóriuma, az IrYdium Chemistry Lab. Eszköze észrevehetően eltér a fent tárgyalt projektektől. A helyzet az, hogy itt nem kínálnak konkrét, konkrét kísérleteket a feladataikkal kapcsolatban. Ehelyett a felhasználó szinte teljes cselekvési szabadságot kap.

Az IrYdium Online Chemistry Lab más
nagy rugalmasság a beállításban és a működésben

A laboratórium Java kisalkalmazás formájában készült. Egyébként letölthető és futtatható helyi számítógépen - a megfelelő letöltési hivatkozás a projekt főoldalán található.

Az applet felület több zónára van felosztva. Középen található a munkaterület, amely a kísérlet előrehaladását mutatja. A jobb oldali oszlop egyfajta „műszerfal”-nak van átadva, amely információkat jelenít meg a folyamatban lévő reakciókról: hőmérséklet, savasság, molaritás és egyéb segédadatok. Az applet bal oldalán található az úgynevezett „Reagensraktár”. Ez különféle virtuális reagensek halmaza, hierarchikus fa formájában. Itt savakat, bázisokat, indikátor anyagokat és minden mást találhat, amire egy kísérleti vegyésznek szüksége van. A velük való munkavégzéshez különféle laboratóriumi üvegáru, égő, mérleg és egyéb felszerelések széles választékát kínálják. Ennek eredményeként a felhasználó rendelkezésére áll egy jól felszerelt laboratórium, amely alig több mint korlátozott kísérleti lehetőségekkel rendelkezik.

Mivel itt nincsenek konkrét feladatok, a kísérleteket a felhasználó számára szükséges és érdekes módon hajtják végre. Már csak a szükséges anyagok kiválasztása, a javasolt virtuális berendezés segítségével kísérleti összeállítás létrehozása és a reakció elindítása marad. Nagyon kényelmes, ha a kapott anyagot hozzáadhatjuk a következő kísérletekben felhasználandó reagensek gyűjteményéhez.

Általánosságban elmondható, hogy érdekes és hasznos forrásnak bizonyult, amelyet a felhasználás nagyfokú rugalmassága jellemez. Ha figyelembe vesszük a program szinte teljes orosz fordításának meglétét, akkor az IrYdium Chemistry Lab nagyon hasznos eszközzé válhat az alapvető kémiai ismeretek elsajátításához.

IrYdium Kémiai Lab
Fokozat: 5
Interfész nyelve: orosz angol
Fejlesztő: A Chem Kollektíva
Weboldal: www.chemcollective.org/vlab/vlab.php

"Virtuális labor" teachmen.ru

Áttekintésünkben ez a második orosz projekt. Ez az erőforrás a fizikai jelenségekre specializálódott. A virtuális laboratóriumok hatóköre nem korlátozódik az iskolai tanterv keretére. A bennük kínált online élmények, amelyeket a Cseljabinszki Állami Egyetem szakemberei fejlesztettek ki, nemcsak az iskolásoknak, hanem a hallgatóknak is megfelelnek. Technikailag ez az erőforrás a Flash és a Java kombinációja, ezért érdemes előtte ellenőriznie a Java Virtual Machine frissítéseit a gépén.

A Virtual Lab projekt feladatai eltérőek
nagyobb komplexitás

Az itteni laboratóriumok kialakítása sematikus és szigorú. Úgy tűnik, mintha egyfajta újraélesztett képek jelennének meg a tankönyvből. Ezt hangsúlyozza a képzésekhez szükséges anyagok rendelkezésre állása. Az ilyen kísérletekben a fő hangsúlyt a konkrét feladatok elvégzésére, a felhasználó tudásának tesztelésére helyezik.

A projektkatalógus egy tucat fő tematikus részt tartalmaz – a mechanikától az atom- és magfizikáig. Mindegyik legfeljebb tíz megfelelő interaktív virtuális laboratóriumot tartalmaz. Ezen kívül illusztrált jegyzeteket is kínálnak, néhány saját virtuális kísérlettel.

A kísérletező munkakörnyezetét itt meglehetősen gondosan reprodukáljuk. Az eszközöket diagramok formájában mutatjuk be, javasolt grafikonok felépítése és válaszok kiválasztása a rendelkezésre álló lehetőségek közül. A "virtuális laborban" a kísérletek nehezebbek, mint a VirtuLabban. Az erőforrás gyűjteményében találhatók atom- és magfizikai, lézerfizikai kísérletek, valamint egy „atomtervező”, amely felajánlja, hogy különféle elemi részecskékből állítson össze atomot. Kísérletek folynak a sugárforrás felkutatására és semlegesítésére, a lézerek tulajdonságainak tanulmányozására. Ezen kívül vannak "mechanikai" laboratóriumok, amelyek elsősorban az iskolásokra összpontosítanak.

Online laborok

Az interneten több tucat és száz virtuális kísérleti webhelyet tartalmazó nagy erőforrásokon túlmenően sok kis oldal található, amelyek számos érdekes kísérletet kínálnak egy adott, általában szűk témában.

Jó kiindulópont kis virtuális kereséshez
laboratóriumokOnline Labs projektjévé válhat

Ilyen helyzetben a szükséges bemutatók megtalálásához minden bizonnyal jól jönnek az ilyen oldalakra mutató hivatkozásokat gyűjtő és rendszerező katalógusprojektek. Jó kiindulási pont az Online Labs könyvtárban (onlinelabs.in). Ez az erőforrás olyan projektekre mutató linkeket gyűjt és rendszerez, amelyek ingyenesen elérhető online kísérleteket és laboratóriumokat kínálnak a tudomány különböző területein. Minden tudományhoz tartozik egy megfelelő szakasz. A projekt érdekeltségi területén mindenekelőtt a fizika, a kémia és a biológia. Ezek a szakaszok a legnagyobbak és a legfrissebbek. Emellett az anatómia, a csillagászat, a geológia és a matematika iránt elkötelezettek fokozatosan betelnek. Az egyes részek hivatkozásokat tartalmaznak a releváns internetes forrásokhoz, egy rövid angol nyelvű megjegyzéssel, amely leírja egy adott laboratórium célját.

"Virtuális labor" teachmen.ru
Fokozat: 3
Nyelv: orosz
Fejlesztő: Cseljabinszki Állami Egyetem
Weboldal:

A világoktatás és a tudományos folyamat olyan egyértelműen változik az elmúlt években, de valamiért inkább nem az átütő újításokról és az általuk megnyíló lehetőségekről, hanem helyi vizsgabotrányokról beszélnek. Mindeközben az oktatási folyamat lényege szépen tükrözi az angol közmondást: „A lovat itatóhoz tudod vezetni, de megrészegedni nem tudod.”

A modern oktatás lényegében kettős életet él. Hivatalos életében ott van a program, a receptek, a vizsgák, az "értelmetlen és irgalmatlan" harc az iskolai tantárgyak összetételéért, a hivatalos pozíció vektoráért és az oktatás minőségéért. Valós életében pedig általában minden koncentrálódik, ami a modern oktatás: a digitalizáció, az eLearning, a Mobile Learning, a Coursera, az UoPeople és más online intézményeken keresztüli tanulás, a webináriumok, a virtuális laboratóriumok stb. Mindez egyelőre nem vált a részévé. Az általánosan elfogadott globális oktatási paradigma, de lokálisan már folyamatban van az oktatás és a kutatás digitalizálása.

A MOOC-learning (Massive Open Online Courses, tömeges előadások nyílt forrásból) kiválóan alkalmas ötletek, képletek és egyéb elméleti ismeretek átadására az órákon és előadásokon. De sok tudományág fejlesztésének teljességéhez gyakorlati gyakorlatokra is szükség van - a digitális tanulás „megérezte” ezt az evolúciós igényt, és új „életformát” teremtett – virtuális laboratóriumok, saját iskolai és egyetemi oktatáshoz.

Az eLearning ismert problémája, hogy többnyire elméleti tárgyakat tanít. Az online oktatás fejlesztésének következő állomása talán a gyakorlati területek lefedése lesz. És ez két irányban fog megtörténni: az első a gyakorlat szerződéses delegálása a fizikailag létező egyetemekre (például az orvostudomány esetében), a másik pedig a különböző nyelvű virtuális laboratóriumok fejlesztése.

Miért van szükségünk virtuális laboratóriumokra vagy virtulaborokra?

Felkészülni a valódi laboratóriumi munkára.
Iskolai foglalkozásokhoz, megfelelő feltételek, anyagok, reagensek, felszerelés hiányában.
Távoktatáshoz.
A diszciplínák önálló tanulmányozására felnőttkorban vagy gyermekekkel közösen, mivel sok felnőtt valamilyen okból úgy érzi, hogy „emlékeznie kell” arra, amit az iskolában soha nem tanultak vagy értettek meg.
Tudományos munkára.
Felsőoktatáshoz fontos gyakorlati komponenssel.

A virtulabok fajtái. A virtuális laborok lehetnek 2D vagy 3D; egyszerű a fiatalabb diákok számára és összetett, praktikus közép- és középiskolás diákok, diákok és tanárok számára. Virtulabjaikat különböző tudományágakhoz tervezték. Leggyakrabban fizika és kémia, de vannak egészen eredetiek is, például egy ökológus virtulabor.

A különösen komoly egyetemeknek van saját virtuális laboratóriuma, például az S. P. Korolev akadémikusról elnevezett Samara State Aerospace University és a berlini Max Planck Tudománytörténeti Intézet (Max Planck Institute for the Science History, MPIWG). Emlékezzünk vissza, hogy Max Planck német elméleti fizikus, a kvantumfizika megalapítója. Az intézet virtuális laboratóriumának még hivatalos honlapja is van. Az előadást ezen a linken tekintheti meg. A Virtuális Laboratórium: Eszközök a kísérletezés történetének kutatásához. Az online laboratórium egy olyan platform, ahol történészek publikálják és megvitatják kutatásaikat a kísérletezés témájában a tudomány (a fizikától az orvostudományig), a művészet, az építészet, a média és a technológia különböző területein. Illusztrációkat és szövegeket is tartalmaz a kísérletezés különböző aspektusairól: eszközök, kísérletek, filmek, tudósok fényképei stb. A hallgatók saját fiókot hozhatnak létre ebben a virtulaborban, és tudományos dolgozatokat adhatnak hozzá megvitatáshoz.

A Max Planck Tudománytörténeti Intézet virtuális laboratóriuma

Virtulab portál

Az orosz nyelvű virtulabok választéka sajnos még kicsi, de ez idő kérdése. Az eLearning elterjedése a diákok és hallgatók körében, a digitalizáció tömeges behatolása az oktatási intézményekbe valahogy keresletet fog teremteni, majd elkezdenek tömegesen fejleszteni gyönyörű modern virtuális laborokat különböző tudományterületeken. Szerencsére már létezik egy meglehetősen fejlett speciális portál a virtuális laboratóriumok számára - Virtulab.Net. Meglehetősen szép megoldásokat kínál, és négy tudományterületet fed le: fizikát, kémiát, biológiát és ökológiát.

Virtuális laboratórium 3D a fizikában Virtulab .Net

Virtuális mérnöki gyakorlat

A Virtulab.Net egyelőre nem sorolja a mérnöki szakterületek közé, de arról számol be, hogy az ott elhelyezett fizikai virtulaborok hasznosak lehetnek a távmérnöki képzésben. Hiszen például matematikai modellek felépítéséhez szükség van a modellező objektumok fizikai természetének mélyreható megértésére. Általánosságban elmondható, hogy a mérnöki virtulaborok hatalmas potenciállal rendelkeznek. A mérnökképzés nagyrészt gyakorlatorientált, de az egyetemek ritkán használnak ilyen virtuális laboratóriumokat, mivel a mérnöki területen a digitális oktatás piaca fejletlen.

A CADIS rendszer (SSAU) problémaorientált oktatási komplexumai. A Koroljevről elnevezett Samara Aerospace University saját mérnöki virtulabort fejlesztett ki a műszaki szakemberek képzésének erősítésére. Az SSAU Új Információs Technológiák Központja (CNIT) létrehozta a „CADIS rendszer problémaorientált oktatási komplexumait”. A CADIS rövidítés az „Automatizált didaktikai eszközök komplexeinek rendszere” rövidítése. Ezek speciális tantermek, ahol az anyagok szilárdságáról, szerkezeti mechanikáról, optimalizálási módszerekről és geometriai modellezésről, repülőgép-tervezésről, anyagtudományról és hőkezelésről és más műszaki tudományágakról virtuális laboratóriumi műhelyeket tartanak. Néhány ilyen műhely szabadon elérhető az SSAU szerverén. A virtuális tantermek műszaki objektumok leírását tartalmazzák fényképekkel, diagramokkal, hivatkozásokkal, rajzokkal, videóval, hanggal és flash animációkkal nagyítóval, hogy megvizsgálják a virtuális egység apró részleteit. Lehetőség van önkontrollra és edzésre is. Íme, mik a CADIS virtuális rendszer komplexei:

Gerenda - egy komplexum a gerendák diagramjainak elemzésére és felépítésére az anyagok szilárdsága (mérnöki, építési) során.
Szerkezet - mechanikai szerkezetek (mérnöki, építési) áramköreinek tervezésére szolgáló módszerek összessége.
Optimalizálás - matematikai optimalizálási módszerek komplexuma (gépészmérnöki, építőipari CAD kurzusok).
Spline - interpolációs és közelítési módszerek komplexuma a geometriai modellezésben (CAD kurzusok).
I-beam - komplexum a vékonyfalú szerkezetek (mérnöki, építőipari) erőművi mintáinak tanulmányozására.

Vegyész - kémia komplexek készlete (középiskolák, speciális líceumok, egyetemi előkészítő kurzusok számára).
Szerves - komplexek a szerves kémiában (egyetemek számára).
Polimer - komplexek a makromolekuláris vegyületek kémiájában (egyetemek számára).
Molecule Constructor - "Molecule Constructor" szimulátor program.
Matematika - az elemi matematika komplexuma (egyetemi jelentkezők számára).
A testnevelés a testnevelés elméleti kurzusait támogató komplexum.
Metallurgist - fémtudományi és hőkezelési komplexum (egyetemek és műszaki iskolák számára).
Zubrol - a mechanizmusok és a gépalkatrészek elméletével foglalkozó komplexum (egyetemek és műszaki iskolák számára).

Virtuális hangszerek a Zapisnyh.Narod.Ru oldalon. A Zapisnyh.Narod.Ru webhely nagyon hasznos lesz a mérnökképzésben, ahol ingyenesen letölthet virtuális hangszereket hangkártyára, amelyek széles lehetőségeket nyitnak meg a technológia létrehozására. Minden bizonnyal érdekelni fogják a tanárokat, és hasznosak lesznek az előadásokon, a tudományos munkában és a laboratóriumi műhelyekben a természeti és műszaki tudományokban. Az oldalon közzétett virtuális hangszerek kínálata lenyűgöző:

kombinált LF generátor;
kétfázisú LF generátor;
oszcilloszkópos rögzítő;
oszcilloszkóp;
frekvenciamérő;
AF karaktergrafika;
technográfus;
villanyóra;
mérő R, C, L;
otthoni elektrokardiográf;
kapacitás- és ESR-becslő;
kromatográfiás rendszerek KhromProtsessor-7-7M-8;
készülék a kvarcórák hibáinak ellenőrzésére és diagnosztizálására stb.

Az egyik virtuális mérnöki eszköz a Zapisnyh.Narod.Ru webhelyről

Fizikai virtuális laborok

Ökológiai virtulab a Virtulab .Neten. A portál környezetvédelmi laboratóriuma a Föld fejlődésének általános kérdéseit és az egyes törvényszerűségeket egyaránt érinti.

Az Orosz Állami Pedagógiai Egyetem Kémiai Karán végrehajtott tanulmányi területeken a szövetségi állami felsőoktatási szabványoknak megfelelően. A.I. Herzen szerint az oktatási folyamat megszervezésének magában kell foglalnia az órák aktív és interaktív formáinak használatát, beleértve a számítógépes szimulációkat is. Az ilyen formában lebonyolított óráknak a tantermi idő legalább 30 százalékában kell lenniük.

Az óravezetés aktív és interaktív formáit a tanulók intenzív közvetlen vagy közvetett oktatási interakcióba való bevonása szempontjából értelmezve fel kell ismerni, hogy a technológiás, innovációs, individualizálási, differenciálási, integrációs elvei alapján a számítógépes képzési programok új lehetőségeket nyitnak meg a szervezésben. a tanulási tárgyak interakciója, tartalma és tevékenységeik jellege. Ez a megközelítés különösen a kémia tanításában járul hozzá a kémiai információs ismeretek asszimilációjának és alkalmazási képességének növeléséhez, a tanulók integratív és kreatív gondolkodási képességének fejlesztéséhez, a problémamegoldó általános készségek kialakulásához. helyzetekben.

Az elektronikus tanulási eszközök fejlesztése az oktatási folyamat egészének korszerűsítéséhez vezetett: az előadások prezentációs módban zajlanak, az oktatási anyagok interaktív bemutatásának módszerei a gyakorlati és szemináriumi órák lebonyolítására, a tesztek és vizsgák letétele gépi vezérléssel történik.

A kémia oktatása során a laboratóriumi műhely marad az oktatási folyamat legkonzervatívabb része, a teljes e-learning módba való átültetésének célszerűsége még nem teljesen tisztázott. Az interaktív tanulás megvalósítására azonban itt különleges lehetőségeket teremt egy új típusú oktatási kémiai kísérlet - egy virtuális laboratórium.

A virtuális laboratórium olyan számítógépes program, amely lehetővé teszi egy kémiai folyamat számítógépen történő szimulálását, a végrehajtás feltételeinek és paramétereinek megváltoztatását. A hallgató a virtuális laboratóriumi munkavégzés során olyan anyagmintákkal, berendezés-alkatrészekkel operál, amelyek a valós tárgyak megjelenését és funkcióit reprodukálják.

Egyrészt a virtuális laboratórium pozitívumai nyilvánvalóak - a modern számítógépes technológiák számos esetben lehetővé teszik a kémiai folyamatok tényleges lefolytatásától való eltávolodást anélkül, hogy a kapott információ minősége romlik. A virtuális laboratóriumi munkára elsősorban a levelező- és távoktatásban, valamint a tanulók hiányzó tanóráinak ledolgozásakor, a kifinomult felszerelések hiányában, a drága vagy hozzáférhetetlen reagensek hiányában jelentkezik különös igény. Ráadásul egyes munkáknál a számítógépes laboratóriumi műhely lehetőségei szélesebbek, mint a hagyományosé. Így a tanulóknak lehetőségük van az oktatási folyamatban tiltott szerekkel való reakciók tanulmányozására, nincs időkorlát, a tanuló tanórán kívül is végezhet munkát (vagy készülhet rá), sokszor ismételheti.

A virtuális laboratóriumok oktatási gyakorlatának előnyei és nyilvánvaló igénye ellenére a kémiai tudományágak, például a fizikai kémia interaktív és távoktatásában való felhasználásuk száma és tapasztalata nem olyan nagy a külföldi és hazai gyakorlatban. A kémia virtuális laborjait főként a középfokú általános oktatás számára hozták létre ("Virtuális kémialaboratórium 8-11. osztályos ISO" számára). Ami a felsőoktatást illeti, korlátozott számban találhatóak virtuális kémiai laboratóriumok elsősorban szervetlen, általános és szerves kémiában nem vegyi területekre / képzési profilokra, szinte mindegyik angol nyelven, bizonyos esetekben regisztráció és fizetés szükséges a teljes verzió használatához: Chemlab, Crocodile Chemistry 605 és a „Yenka” oktatási termék, a Virtual Chemistry Laboratory, a Dartmouth ChemLab (az alapján készült interaktív kézikönyv az általános kémiai laboratóriumi munkák elvégzéséhez, orosz iskolák számára adaptálva, valójában nem virtuális laboratórium), a Chemistry Experiment Simulations és a Virtlab: A Virtual Laboratory és még sok más vizualizációk és számítógépes szimulációk gyűjteménye.

A fizikai kémiai speciális virtuális laboratóriumok egyáltalán nem képviseltetik magukat az oktatási termékek piacán. Kétségtelen, hogy az egyetemek lehetőség szerint sajátosságaikat figyelembe véve hoznak létre fizikai kémia virtuális laboratóriumi munkákat, leggyakrabban saját hallgatóikkal. Például az "Alkalmazott kémia modulja" (MPKh) szoftvertermék, amelyet az IU-6 MSTU Tanszékén fejlesztettek ki. N.E. Bauman. A "Fizikai kémia" tudományág tantervének megfelelően számos laboratóriumi munkát kell elvégezni, beleértve a "Termokémia", "Fázisegyensúly", "Felületi jelenségek" témaköröket.

Az MPH-nak köszönhetően lehetővé vált ezekben a témákban valós időben (Real Time) végzett laboratóriumi munka, a távoktatás vegyes modelljének megvalósításával. Egy másik példa a Kemerovói Élelmiszertechnológiai Intézet virtuális laboratóriumi munkája.

Az ilyen fejlesztések szintje mind technikai, mind módszertani szempontból igen változatos, felhasználása korlátozott. Egy szűk fókuszú információs oktatási környezet önálló tervezése és megvalósítása igen nehéz feladat, amely speciális működési bázist, programozói, tanári és vegyészcsapatot, valamint nagy idő- és anyagi ráfordítást igényel. Úgy gondoljuk, hogy célszerűbb a meglévő virtuális laboratóriumon belül adaptálni vagy létrehozni saját virtuális laboratóriumi munkáját, amely megfelel a jelen OOP sajátosságainak és a tudományág programjának. Különösen a The ChemCollective projekt virtuális laboratóriumát használtuk saját fizikai kémiával kapcsolatos virtuális laboratóriumi munkáink elkészítéséhez.

IrYdium Chemistry Lab, melynek előnyei a kielégítő virtuális reagens- és fizikai-kémiai műszerek, a részben oroszosított felhasználóbarát felület, a beépített feladatfejlesztő program, a fejlesztők által engedélyezett ingyenes használat.

Mi készítettük az IrYdium Chemistry Lab alapján, és az Orosz Állami Pedagógiai Egyetem fizikai kémiai laboratóriumában tesztelték. A.I. A Herzen virtuális laboratóriumi munka egy valódi laboratóriumi műhely kísérleti munkájának szimulációja a "Hőkémia" témában: "Só oldódási hőjének meghatározása", "Kristályos hidrát képződésének termikus hatásának meghatározása vízmentes sóból ill. víz", "Erős sav semlegesítési hőjének meghatározása erős bázissal", amelynek végrehajtását a "Fizikai kémia" tudományág munkaprogramjai biztosítják. Minden munka sokféle feladatot tartalmaz (a vizsgált anyagok, azok tömege/térfogata), módszertani utasításokkal ellátva a tanulók és a tanárok számára. A virtuális laboratóriumi munka menete a lehető legközelebb áll egy valódi kémiai kísérlet elvégzéséhez; számítógépes program segítségével a tanuló konkrét feladatnak megfelelően, általa kigondolt cselekvéseket hajt végre: reagenseket választ ki, mér, térfogatokat mér, hőmérsékletváltozásokat rögzít, megfigyeléseket végez (virtuális képek formájában), feldolgoz, összegez és jelentésben elemzi a kísérletek eredményeit.

Az ismertetett előnyök ellenére a számítógépes tanulási technológiák fejlődésével egyre inkább szóba kerül a virtuális laboratóriumi munka létrehozásának szükségessége, a műhelyek laboratóriumokból számítógépes osztályokba való részleges vagy teljes áthelyezése.

Ugyanakkor egyes szerzők az ilyen átmenet szükségességét a laboratóriumi felszerelések magas költségével, mások az átmeneti források hiányával vagy az oktatási programok Bolognai Nyilatkozat szerinti egységesítésével stb. magyarázzák. a virtuális laboratórium a közvetlen kapcsolat hiánya a hallgató és a vizsgálat tárgya, műszerek és felszerelés között.

Munkatársaink többségéhez hasonlóan mi is úgy gondoljuk, hogy a kémia vizsgálatának tárgya egy olyan anyag, amely olyan tulajdonságokkal és tulajdonságokkal rendelkezik, amelyeket a legfejlettebb számítógépes modellek egyike sem képes reprodukálni. A virtuális laboratóriumi munkák létrehozásának és az oktatási folyamatban való megvalósításának problémájának megközelítése során figyelembe kell venni a kémiai diszciplína sajátosságait, hogy megakadályozzák a "virtuális" szakemberek seregének felszabadulását, akik csak idealizált modellekkel dolgoznak, és nem valós tárgyakkal és jelenségekkel, miközben felelősségük szintje a termelésben olyan nagy, hogy nemcsak a környezetbiztonságot, hanem a környező világ létezését is meghatározza.

A virtuális laboratóriumi munka kémiai műhelyben történő alkalmazásának tapasztalatai azt mutatták, hogy előnyösebb a virtuális és a valós kísérletek kombinációja, amelyben a vizsgált folyamat számítógépes modelljének segédfunkciója van, hogy felkészítse a hallgatót a valós tárgyakkal végzett cselekvésekre. A virtuális laboratórium lehetővé teszi egy valós folyamat tanulmányozásának módszertanának kidolgozását, a kísérlet felállításának és lefolytatásának lehetséges hibáinak előrejelzését, a kapott adatok matematikai feldolgozásának és értelmezésének felgyorsítását, valamint a jelentés összeállítását. A tanárnak valós lehetősége van arra, hogy a tanulók feladatává tegye a kísérlet optimális feltételeinek meghatározását. Ennek a problémának a megoldása egy virtuális kémiai kísérlet körülményei között valósítható meg a modell tulajdonságainak tanulmányozása után, amely lehetővé teszi a hallgatók számára, hogy ésszerűen érveljenek a valódi kísérlet elvégzésének feltételei mellett. Ez különösen igaz a veszélyes vegyi tárgyakkal (például tömény savakkal és lúgokkal, gyúlékony vagy mérgező anyagokkal) történő munkavégzés esetén, akkor az első szakaszban virtuális laboratóriumokat kell használni, és csak a szükséges ismeretek megszerzése után, szükség esetén folytassa a valós tárgyakkal való munkát.

Kétségtelen, hogy az általunk kínált virtuális laboratóriumi munka és egyéb számítógépes szimulációk nem helyettesíthetik és nem is szabad egy valódi kémiai kísérletet helyettesíteni, azonban számos olyan helyzet adódik, amikor a virtuális laboratórium használata a preferált vagy egyetlen lehetséges tanulási mód. . Elsősorban távoktatásról van szó, amikor a hallgató fizikailag nincs jelen a laborban, például távoktatás vagy nappali tagozaton betegség vagy külföldi szakmai gyakorlat miatt. Ezen kívül pótolni kell az elmulasztott órákat, a valódi laboratóriumi munka elvégzése előtti felkészítés/képzés szükségessége stb. Az órák lebonyolításának interaktív formáival a virtuális laboratóriumi munka lehetővé teszi a fizikai és kémiai folyamatok vizuális és megbízható számítógépes szimulációját, a rendszer külső hatásokra adott válaszának kiváltását és megfigyelését, beleértve a tanulók maximális számát az osztályteremben egy produktív oktatásban. kölcsönhatás.

Így a mi szempontunk szerint a kémiaórák aktív és interaktív formáinak egyaránt tartalmazniuk kell a korszerű berendezésekkel végzett valódi kísérleteket és a kémiai folyamatok tanulmányozására irányuló virtuális laboratóriumi munkát optimális, tudományosan megalapozott arányban, ami lehetővé teszi a szerkezet és a módszertan dinamikus fejlesztését. A kémia tanítása a tudomány, a technológia és a tudásmódszer legújabb eredményei alapján. együttműködés tanulás támadás virtuális

Leírják a kémiai laboratóriumi munka virtuális laboratóriumok segítségével történő létrehozásának technikáját. A virtuális laboratóriumi munka létrehozása a laboratóriumi munka célkitőzése, a virtuális laboratórium kiválasztása, a virtuális szimulátor képességeinek azonosítása, a célok korrekciója, az értelmes és didaktikai feladatok meghatározása, a forgatókönyv írása, a tesztelés, a forgatókönyv javításának szakaszaiból áll, a folyamat és a virtuális kísérlet eredményének teljes körűhez képesti megbízhatóságának értékelése, elemzése, módszertani ajánlások megfogalmazása. Bemutatjuk a kémiai virtuális laboratóriumi munka elkészítésének módszertanának modelljét. Tisztázódott a kutatási területen a fogalmi és terminológiai apparátus: a virtuális kémiai laboratóriumi munka, a virtuális kémiai laboratórium, a virtuális kémiai kísérlet meghatározásai. Bemutatjuk a virtuális laboratóriumi munka alkalmazásának módszereit a kémiában az egyetemi oktatásban: új tananyag tanulmányozásakor, ismeretek megszilárdítása során, a teljes körű laboratóriumi munkára való felkészülés során, mind a tantermi, mind a tanórán kívüli önálló tevékenységek során.

kémia képzés

virtuális laboratóriumok

virtuális kísérlet

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. A kémia tanításának elektronikus eszközei; fejlesztése és felhasználási módja. - Minszk: Aversev, 2012. - 206 p.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. Virtuális laboratóriumi munka a fizikai kémia interaktív oktatásában // Proceedings of the Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen. - 2014. - 168. sz. - P.79–84.

3. GOST 15971–90. Információfeldolgozó rendszerek. Kifejezések és meghatározások. - A GOST 15971-84 helyett; bemenet. 1992.01.01. - M.: Szabványok Kiadója, 1991. - 12 p.

4. Morozov, M. N. Virtuális kémiai laboratórium fejlesztése iskolai oktatás számára // Oktatási technológiák és társadalom. - 2004. - T 7, 3. sz. - C 155-164.

5. Pak, M. S. A kémia tanításának elmélete és módszerei: tankönyv egyetemek számára. - Szentpétervár: Az Orosz Állami Pedagógiai Egyetem kiadója im. A.I. Herzen, 2015. - 306 p.

6. A felsőoktatási szakképzés szövetségi állami oktatási szabványa a tanulmányi területen 050100 Pedagógiai képzés (szakképesítés (fokozat) "bachelor") (jóváhagyva az Orosz Föderáció Oktatási és Tudományos Minisztériumának 2009. december 22-i 788. sz. ) (módosítva: 2011. május 31.) [Elektronikus forrás]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (elérés dátuma: 15.10.03).

7. Virtual Lab / Chem Collective. Online források a kémia tanításához és tanulásához [Elektronikus forrás]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (elérés dátuma: 15.10.03).

Virtuális kémiai laboratóriumok, virtuális kísérlet, virtuális laboratóriumi munka a kémiában - ez a kémiai oktatás ígéretes területe, amely természetesen felkelti a hallgatók és a tanárok figyelmét. A virtuális laboratóriumok oktatási gyakorlatba való bevezetésének jelentőségét egyrészt a korabeli információs kihívások, másrészt az oktatásszervezésre vonatkozó szabályozási követelmények, vagyis az oktatási szabványok indokolják. A kompetencia alapú megközelítés megvalósítása érdekében a jelenlegi felsőoktatási szövetségi állami oktatási szabványok az oktatási folyamatban az aktív és interaktív óravezetési formák széles körű alkalmazását írják elő, beleértve a számítógépes szimulációkat is, a tanórán kívüli munkával kombinálva annak érdekében, és fejleszti a tanulók szakmai készségeit.

Ezen a területen az elterjedtség és a kereslet tekintetében a MarSTU „Kémia 8-11. évfolyam – Virtuális laboratóriuma” a vezető, amely iskolásoknak és jelentkezőknek készült; A VirtuLab (http://www.virtulab.net/) interaktív gyakorlati munkái és kémiai kísérletei is jól ismertek. A felsőoktatás szintjén az oktatási piacon az orosz nyelvű források között megtalálhatók az ENK virtuális kémiai laboratóriumai, az egyetemek saját (és általában zárt) fejlesztései, valamint számos idegen nyelvű forrás. A rendelkezésre álló virtuális kémia laboratóriumok leírása többször is elhangzott, ezek listája minden bizonnyal bővülni fog. A virtuális laboratóriumok magabiztosan foglalják el helyüket a kémia és kémiai tudományok oktatásának gyakorlatában, ugyanakkor alkalmazásuk elméleti és módszertani alapjai, az ezekre épülő virtuális laboratóriumi munkák létrehozása csak most kezd kialakulni. Még maga a „kémiában végzett virtuális laboratóriumi munka” kifejezés sem kapott még olyan ésszerű definíciót, amely pontosan jelezné a kapcsolatot más fogalmakkal, beleértve a virtuális laboratórium fogalmát a kémia tanításában és a virtuális kémiai kísérletekkel.

A fogalmi és terminológiai apparátus tisztázásához az elmélet és a tanítási módszerek tudományterületén használt "kémiai kísérlet" kifejezést használjuk kiindulópontként. A kémiai kísérlet a kémia tanításának sajátos eszköze, forrásként és legfontosabb megismerési módszerként szolgál, nemcsak tárgyakkal, jelenségekkel, hanem a kémiai tudomány módszereivel is megismerteti a tanulókat. A kémiai kísérlet során a tanulók képesek lesznek megfigyelni, elemezni, következtetéseket levonni, berendezéseket és reagenseket kezelni. Vannak: bemutató és tanulói/tanulói kísérlet; kísérletek (segítség a kémiai tárgy bizonyos aspektusainak tanulmányozásában), laboratóriumi munka (a laboratóriumi kísérletek sorozata lehetővé teszi a kémiai objektumok és folyamatok számos aspektusának tanulmányozását), gyakorlati gyakorlatok, laboratóriumi műhely; otthoni kísérlet, kutatási kísérlet stb. A kémiai kísérlet lehet természetes, mentális és virtuális. A „virtuális” azt jelenti, hogy „lehetséges, fizikai megtestesülés nélkül”; virtuális valóság - valós környezet utánzása számítógépes eszközök segítségével; elsősorban oktatási célokra használják; e tekintetben a virtuális kísérletet néha szimulációnak vagy számítógépes kísérletnek is nevezik. A jelenlegi GOST szerint a „virtuális” egy olyan definíció, amely egy olyan folyamatot vagy eszközt jellemez egy információfeldolgozó rendszerben, amely úgy tűnik, hogy valóban létezik, mivel minden funkciójuk más módon valósul meg; széles körben használják a távközlés használatával kapcsolatban. Így a virtuális kémiai kísérlet egyfajta oktatási kísérlet a kémiában; fő különbsége a természetestől az, hogy a számítástechnika a kémiai folyamatok, jelenségek bemutatásának, modellezésének eszközeként szolgál, ennek végrehajtása során a hallgató olyan anyagok és berendezéselemek képeivel operál, amelyek a valós tárgyak megjelenését és funkcióit reprodukálják, vagyis virtuális laboratóriumot használ. A kémia tanításában a virtuális laboratórium alatt egy oktatási kémiai laboratórium számítógépes szimulációját értjük, megvalósítva fő funkcióját - oktatási célú kémiai kísérletet. Technikailag a virtuális laboratórium működését számítástechnikai szoftverek és hardverek, a vizsgált kémiai folyamat lefolyására, vagy egy kémiai objektum tulajdonságainak megnyilvánulásaira vonatkozó, didaktikailag - értelemszerűen és módszeresen alátámasztott feltevésrendszer biztosítja. hogy a virtuális laboratóriumnak a felhasználó cselekedeteire adott reakciójának egyik lehetséges változatát kidolgozzák. A virtuális laboratórium a csúcstechnológiás információs oktatási környezet elemeként működik, egy virtuális kísérlet létrehozásának és végrehajtásának eszköze. Virtuális laboratóriumi munka a kémiában - virtuális kémiai kísérlet kísérletsorozat formájában, amelyet egy kémiai tárgy vagy folyamat tanulmányozásának közös célja egyesít.

Tekintsük a kémiai virtuális laboratóriumi munka létrehozásának módszerét (modellje az 1. ábrán látható), a „Megoldások” témában végzett laboratóriumi munka konkrét példájával.

Rizs. 1. A kémiai virtuális laboratóriumi munka elkészítésének módszertanának modellje

A virtuális laboratóriumi munka létrehozása a laboratóriumi munka célkitőzése, a virtuális laboratórium kiválasztása, a virtuális szimulátor képességeinek azonosítása, a célok korrekciója, az értelmes és didaktikai feladatok meghatározása, a forgatókönyv írása, a tesztelés, a kiértékelés és a feldolgozás szakaszaiból áll. a folyamat és a virtuális kísérlet eredményének megbízhatósága a természeteshez képest, korrekciós forgatókönyv, módszertani ajánlások megfogalmazása.

A célmeghatározási szakasz magában foglalja a tervezett laboratóriumi munka céljainak megválasztásának folyamatát a megengedett eltérések határainak meghatározásával az oktatási eredmény leghatékonyabb és legelfogadhatóbb eszközzel való elérése érdekében, figyelembe véve az anyagi, technikai, időbeli, emberi erőforrásokat. források, valamint a tanulók személyes és életkori jellemzői. Példánkban megoldások elkészítése és tulajdonságaik tanulmányozása volt a cél; a munka a tanulók önálló tanórán kívüli oktatási tevékenységére készült. A megoldások témájával a legtöbb egyetemi kémia szak foglalkozik, emellett a megoldások előkészítésének és a velük való munkavégzés készségei igényesek a mindennapi életben és szinte bármilyen szakmai tevékenységben. Ezért a munka célja az volt, hogy megszilárdítsa az oldat moláris és százalékos koncentrációjának, az adott koncentrációjú oldat elkészítéséhez szükséges anyag- és oldószermennyiség kiszámításának képességét; oldatkészítési műveletek algoritmusának és technikájának kidolgozása (anyagmérés, térfogatmérés stb.); az oldódás során fellépő jelenségek vizsgálata - hő felszabadulás vagy elnyelés, disszociáció, elektromos vezetőképesség változása, a közeg pH-jának változása stb.

A virtuális laboratórium kiválasztásának szakasza. A virtuális laboratórium kiválasztását számos körülmény határozza meg: az erőforráshoz való hozzáférés módja, felhasználásának pénzügyi feltételei, a felület nyelve és összetettsége, és természetesen a tartalom, vagyis a lehetőségek. hogy ez a laboratórium a tervezett laboratóriumi munka céljainak elérése érdekében a felhasználó számára biztosít vagy nem biztosít. A nyílt, ingyenes hozzáférésű laboratóriumokra helyeztük a hangsúlyt, amelyekhez felhasználói szintű számítógépes ismeretek is elegendőek, eleinte elhagytuk az alacsony interaktivitású, azaz a kémiai kísérletek passzív megfigyelésére csak lehetőséget biztosító laboratóriumokat. Több, multidiszciplináris és tematikus tervű projektet tanulmányozva arra a következtetésre jutottunk, hogy az általunk ismert laboratóriumok egyike sem felel meg maradéktalanul a követelményeknek, nevezetesen: lehetővé tenni, hogy a hallgató előre kalkulált mennyiségek szerint készítsen egy adott koncentrációjú oldatot. az oldott anyag és az oldószer mérésével, térfogatméréssel, kioldódással, győződjön meg a készítmény helyességéről, és figyelje meg az oldódással járó folyamatokat is. Mi azonban rátelepedtünk az IrYdiumChemistryLab virtuális laboratóriumra, amelynek megvan az az előnye, hogy beavatkozhat a programba és megtervezheti saját virtuális kísérletét.

A kiválasztott laboratórium virtuális szimulátorának képességeinek azonosítása a következőket mutatta. A reagenskészletet tekintve különböző koncentrációjú oldatok (19 MNaOH, 15 MHClO4 és mások), a víz a legfontosabb oldószer, de gyakorlatilag nincs szilárd anyag; az Authoring Tool alkalmazás azonban lehetővé teszi további reagensek bejuttatását a laboratóriumba az anyagok termodinamikai jellemzőinek felhasználásával. A berendezés tartalmaz egy változó pontosságú mérőeszköz-készletet (henger, pipetta, büretták), analitikai mérleget, pH-mérőt, hőmérséklet-érzékelőt, fűtőelemet, valamint az oldatban lévő részecskék koncentrációját mutató kisalkalmazást. Nem biztosított az oldat olyan jellemzőinek tanulmányozása, mint az elektromos vezetőképesség, viszkozitás, felületi feszültség. A virtuális laboratóriumban a folyamatok nagyon rövid idő alatt zajlanak le, ami korlátozza a kémiai folyamatok sebességének vizsgálatát. A virtuális szimulátor képességei alapján a célokat korrigálták, különösen az oldatok elektromos vezetőképességének vizsgálatát kizárták, de hozzáadták a hőmérsékletnek az anyagok oldhatóságára gyakorolt hatásának vizsgálatát. A laboratóriumi munka célkitűzéseinek meghatározásakor a várt eredményekből indultunk ki: a hallgatókban gyakorlatias készséget kell kialakítani a megoldások elkészítésében, ezen belül az egyes műveletek algoritmusainak elsajátításában, következtetéseket kell levonniuk az oldatban lévő részecskék számának változásáról. erős és gyenge elektrolitok disszociációja során, az anionok és kationok számának arányáról aszimmetrikus elektrolitok oldódása esetén, az oldódás során fellépő hőhatások okairól.

A hallgatói tevékenység tervezésének fontos elemeként kiemeljük a készülő laboratóriumi munka célkitűzéseinek meghatározásának szakaszát, itt meg kell tervezni, hogy a hallgatóknak milyen manipulációkat kell végrehajtaniuk a laboratóriumi munka keretében, és mit kell megfigyelni (értelmes feladatok), és milyen következtetéseket és azok alapján kell levonni a befejezése után (didaktikai feladatok), milyen készségeket kell elsajátítani. Például a műveletek algoritmusának elsajátítása egy adott térfogatú oldat minta alapján történő elkészítésekor: számítsa ki az anyag tömegét, mérje le, mérje meg a folyadék térfogatát / hozza a kívánt térfogatra; elsajátítani az analitikai mérlegekkel és mérőeszközökkel végzett munka technikáit; megfigyelni, hogy az oldatban lévő részecskék (molekulák, ionok) koncentrációi hogyan viszonyulnak elektrolitok és nem elektrolitok, szimmetrikus és aszimmetrikus elektrolitok, erős és gyenge elektrolitok oldódása során, következtetést levonni az oldhatóságra, az oldódás során fellépő hőhatásokra stb. .

A laboratóriumi munka elkészítésének következő lépése egy forgatókönyv, azaz az egyes tapasztalatok részletes leírása külön-külön, és ennek a tapasztalatnak a laboratóriumi munkában betöltött helyének és szerepének meghatározása, figyelembe véve, hogy milyen feladatokhoz járul hozzá, és hogyan. a laboratóriumi munka egészének céljainak elérése érdekében. A gyakorlatban a forgatókönyv elkészítése a jóváhagyással, azaz a forgatókönyv pontosításához, részletezéséhez hozzájáruló kísérletek próbavégrehajtásával egyidejűleg történik. A forgatókönyv minden egyes műveletet és a virtuális laboratórium reakcióját tükrözi. A forgatókönyv olyan feladatokon alapul, mint például "Készítsen 49 g 0,4%-os CuSO4-oldatot" vagy "Készítsen 35 ml 0,1 mol/l-es CuSO4-oldatot kristályos hidrátjából (CuSO4∙5H2O)". A megbízás összeállításakor figyelembe veszik a megfelelő reagensek és berendezések elérhetőségét a virtuális laboratóriumban, valamint az ilyen megbízás műszaki megvalósíthatóságát. Példánkban a szcenárió a számítási oldal mellett számos olyan akciót és technikát is tartalmazott, amelyek egy valós laboratóriumban egy megoldás elkészítését szimulálják. Például mérlegeléskor a szárazanyagot nem szabad közvetlenül a mérőedényre tenni, hanem speciális edényt kell használni; használja a tára függvényt; Mivel a valóságban az anyagot kis adagokban kell hozzáadni a mérleghez, a számított tömeg esetleges véletlen túllépése azt a tényt eredményezi, hogy a műveletet újra kell kezdeni. Megfelelő térfogatú vegyi üvegedények kiválasztása, a folyadék térfogatának pontos mérése az "alsó meniszkusz mentén" és egyéb speciális technikák alkalmazása biztosított. Az előkészítés után a virtuális laboratórium kisalkalmazásai tükrözik a kapott oldat tulajdonságait (ionok moláris koncentrációja, pH), amely lehetővé teszi a feladat helyességének ellenőrzését. Kísérletsorozat elvégzése során a hallgatók olyan adatokat kapnak, amelyek alapján következtetéseket vonhatnak le az ionok koncentrációjáról erős és gyenge elektrolitok oldatában, a hidrolizálható anyagok oldatának pH-értékére, vagy az oldódás hőhatásának függésére. az oldószer mennyiségéről és az anyag természetéről stb.

Példaként tekintsük az anyagok kioldódásában jelentkező termikus hatások tanulmányozását. A forgatókönyv száraz sók (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3) oldásával kapcsolatos kísérleteket tartalmaz. Az oldat hőmérsékletének változtatásával a tanulóknak arra a következtetésre kell jutniuk, hogy az oldódás endo- és exoterm hatása egyaránt lehetséges. A feladatok megfogalmazása minden esetben változhat, és függ a kísérlet típusától – kutatási vagy szemléltető jellegű. Például korlátozhatja magát az ilyen hatások jelenlétére vonatkozó következtetésre, vagy belefoglalhatja a forgatókönyvbe olyan sóoldatok készítését, amelyek különböző tömegű oldott anyagot tartalmaznak azonos tömegű oldószerrel (készítsen oldatokat, amelyek 50 g anyagot tartalmaznak 100-ban). g víz; 10 g anyag 100 g vízben), és fordítva, állandó mennyiségű oldott anyaggal kísérletezik, változó oldószertömeg mellett; vízmentes sókból és kristályos hidrátjaikból oldatok készítése és kioldódásuk során bekövetkező hőmérsékletváltozások megfigyelése. Ilyen kísérletek végzése során a tanulóknak meg kell válaszolniuk a következő kérdéseket: „Miben különböznek a hőmérséklet-változások azonos mennyiségű vízmentes sók és kristályos hidrátjaik feloldásakor? Miért történik a vízmentes sók oldódása több hő felszabadulásával, mint a kristályos hidrátok esetében? és vonjon le következtetést arról, hogy mi befolyásolja az oldódás termikus hatásának előjelét. A munka céljaitól és célkitűzéseitől függően a forgatókönyv több kísérletet vagy több kísérletsorozatot fog tartalmazni, miközben szem előtt kell tartani, hogy a virtuális térben minden sokkal gyorsabban történik, mint egy valódi laboratóriumban, és nem kell sok idő, mint amilyennek első pillantásra tűnhet.

Az aprobáció során értékelni és elemezni kell a folyamat és a virtuális kísérlet eredményének megbízhatóságát a természeteshez képest, vagyis meg kell győződni arról, hogy a szimuláció és a virtuális kísérlet generált eredményei nem mondanak ellent a valóságnak, vagyis nem vezetik félre a felhasználót.

A módszertani ajánlások összeállított és tesztelt forgatókönyvre épülnek, de nem szabad megfeledkezni arról, hogy a hallgatóknak szólnak, és a világos instrukciókon, feladatokon túl tartalmazniuk kell a kitűzött célokhoz kapcsolódó várható eredmények leírását, hivatkozásokat kell tartalmazniuk elméleti anyag és példák.

A virtuális laboratóriumi munka létrehozásának eredménye a tanulási folyamatban való megvalósítása, ami az ismeretszerzés minőségének és a releváns kompetenciák elsajátításának növekedéséhez vezet. Számos módszer létezik a kémiában végzett virtuális laboratóriumi munka „beágyazására” az egyetem oktatási folyamatába. Az új anyagok tanulmányozása során annak jobb megértése és fejlesztése érdekében véleményünk szerint célszerű rövid virtuális laboratóriumi munkát végezni az ismeretek frissítése, ill. bemutatni a vizsgált jelenségeket, ami objektív feltételeket teremt az aktív és interaktív tanulási formák megvalósításához, amit a mindenkori oktatási szabvány megkövetel. Ebben az esetben a virtuális laboratóriumi munka helyettesítheti a hagyományos demonstrációs kísérletet. Emellett fontolgatjuk a virtuális laboratóriumi munka lehetőségét az ismeretek és készségek megszilárdítására mind a tantermi, mind a tanórán kívüli önálló tevékenységek során. Egy másik lehetőség a virtuális laboratóriumi munka alkalmazására a kémia tanítási folyamatában a hallgatók felkészítése a teljes körű laboratóriumi munkára. A helyesen összeállított kémia virtuális laboratóriumi munka elvégzése során a hallgatók egyrészt kidolgozzák a számítási feladatok megoldásának készségeit ebben a témában, másrészt rögzítik a kémiai kísérlet végrehajtásának algoritmusát és technikáját, harmadsorban pedig megtanulják a kémiai folyamatok mintázatait. a folyamatban való aktív részvétellel.tanulás.

A kémia virtuális laboratóriumi munkáinak létrehozására javasolt módszertan bizonyítékokon alapuló eszközökkel látja el a tanárokat a kémia és a kémiai tantárgyak interaktív formában történő lebonyolításához, tanórán kívüli munkával kombinálva a hallgatók szakmai készségeinek formálása és fejlesztése érdekében.

Ellenőrzők:

Rogovaya O. G., a gyermekgyógyászati tudományok doktora, professzor, az A. I. után elnevezett Orosz Állami Pedagógiai Egyetem Kémiai és Ökológiai Oktatási Tanszékének vezetője. Herzen, Szentpétervár;

Piotrovskaya K. R., a gyermekgyógyászati tudományok doktora, professzor, az A. I. után elnevezett Orosz Állami Pedagógiai Egyetem Matematika és Informatika Tanítási Módszertan Tanszékének professzora. Herzen, Szentpétervár.

Bibliográfiai link

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. VIRTUÁLIS LABORATÓRIUMI MUNKÁK LÉTREHOZÁSÁNAK MÓDSZERE A KÉMIÁBAN // A tudomány és az oktatás modern problémái. - 2015. - 2-2. sz.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (hozzáférés dátuma: 2020.02.01.). Felhívjuk figyelmüket a Természettudományi Akadémia kiadója által kiadott folyóiratokra.