La visualizzazione è uno dei metodi di insegnamento più efficaci che aiuta a comprendere l'essenza dei vari fenomeni in modo molto più semplice e profondo.Non a caso gli ausili visivi sono stati utilizzati nell'antichità. La visualizzazione e la modellazione sono particolarmente utili quando si studiano oggetti e fenomeni dinamici e variabili nel tempo che possono essere difficili da comprendere osservando una semplice immagine statica in un normale libro di testo. Il lavoro di laboratorio e gli esperimenti educativi non sono solo utili, ma anche molto interessanti, ovviamente con l'organizzazione adeguata.

Non tutte le sperimentazioni educative possono o devono essere svolte in modalità “reale”. Non sorprende che le tecnologie di simulazione al computer siano entrate rapidamente in quest'area. Ora sul mercato ci sono una serie di pacchetti software progettati per la realizzazione di esperimenti didattici virtuali. Questa recensione prenderà in considerazione un'incarnazione relativamente nuova di tali soluzioni: laboratori virtuali online. Con il loro aiuto, puoi condurre esperimenti al computer senza acquistare programmi aggiuntivi e, in qualsiasi momento conveniente, ci sarebbe l'accesso a Internet.

Nello sviluppo di moderni progetti di rete di questo tipo, ci sono ora diverse tendenze. Il primo è la dispersione su una quantità significativa di risorse. Insieme a grandi progetti che accumulano una quantità significativa di contenuti, ci sono molti siti che contengono pochi laboratori. La seconda tendenza è la presenza sia di progetti multisettoriali che offrono laboratori per vari rami del sapere, sia di progetti tematici specialistici. Infine, va notato che i laboratori dedicati alle scienze naturali sono meglio rappresentati online. In effetti, gli esperimenti fisici in generale possono essere un'impresa molto costosa e un laboratorio informatico consente di guardare dietro le quinte di processi complessi. Vince anche la chimica: non c'è bisogno di acquistare veri reagenti, attrezzature di laboratorio, non c'è paura di rovinare qualcosa in caso di errore. Un campo altrettanto fertile per i laboratori di laboratorio virtuale è la biologia e l'ecologia. Non è un segreto che uno studio dettagliato di un oggetto biologico spesso si conclude con la sua morte. I sistemi ecologici sono grandi e complessi, quindi l'uso di modelli virtuali facilita la loro percezione.

La nostra rassegna include alcuni dei progetti online più interessanti, sia diversificati che tematici. Tutte le risorse web di questa recensione sono siti ad accesso libero e gratuito.

VirtuLab

La risorsa VirtuLab è la più grande raccolta di esperimenti virtuali in varie discipline accademiche nella moderna Runet. L'unità principale della collezione è un esperimento virtuale. Da un punto di vista tecnico si tratta di un video interattivo realizzato con Adobe Flash. Alcuni laboratori sono realizzati in grafica tridimensionale. Per lavorare con loro, dovrai installare Adobe Shockwave Player con il componente aggiuntivo Havok Physics Scene. Puoi trovare questo componente aggiuntivo su director-online.com. Devi decomprimere l'archivio risultante nella directory Xtras di Adobe Shockwave Player, che si trova nella directory di sistema di Windows.

La risorsa VirtuLab è la più grande raccolta di virtual online
laboratoriin russo

Ogni video ti consente di condurre un esperimento che ha un obiettivo di apprendimento e un compito chiaro. All'utente vengono offerti tutti gli strumenti e gli oggetti necessari per ottenere il risultato. Attività e suggerimenti vengono visualizzati come messaggi di testo. I video VirtuLab hanno un forte aspetto educativo, ad esempio, se l'utente commette un errore, il sistema non lo lascerà andare oltre fino a quando l'errore non sarà corretto.

La raccolta di esperimenti VirtuLab è piuttosto ampia e varia. VirtuLab non dispone di un proprio motore di ricerca integrato, quindi per trovare l'esperimento desiderato è sufficiente scorrere le sezioni del catalogo. L'archivio è suddiviso in quattro blocchi principali: "Fisica", "Chimica", "Biologia" ed "Ecologia". Al loro interno ci sono sezioni tematiche più ristrette. In particolare, per la fisica, si tratta di sezioni di questa disciplina. Ci sono esperimenti sulla conoscenza della meccanica, degli effetti elettrici e ottici. Numerosi laboratori sono realizzati in grafica 3D, che aiuta a dimostrare una varietà di esperimenti: dagli esperimenti con dinamometri alla rifrazione e altri effetti ottici.

In "Biologia", le classi del curriculum scolastico sono diventate la base per la divisione. Il contenuto delle attività qui può essere molto diverso. Quindi, ci sono compiti per studiare le caratteristiche strutturali di vari organismi viventi (ad esempio, un progettista per assemblare tutti i tipi di organismi dai "dettagli" proposti) e compiti che simulano il lavoro con un microscopio e con preparazioni di vari tessuti.

Il sito PhET è una raccolta multi-settore di applet Java,
con cui puoi lavorare sia online che sul tuo computer locale

Separatamente, nella sezione Ricerca all'avanguardia, vengono evidenziate le dimostrazioni dedicate alla ricerca più moderna. Nuovi oggetti nell'archivio compaiono regolarmente, la sezione New Sims è dedicata a loro.

Presta attenzione alla sottosezione Sim tradotti. Questa pagina contiene un elenco di tutte le lingue in cui sono stati tradotti i laboratori virtuali proposti. C'è anche un russo tra loro - ci sono esattamente cinquanta di questi esperimenti qui oggi. È curioso che il numero delle manifestazioni in inglese, serbo e ungherese sia quasi uguale. Se lo desideri, puoi partecipare alla traduzione delle dimostrazioni. Per questo, viene offerta una speciale applicazione PhET Translation Utility.

Cosa sono le demo PhET e chi può trarne vantaggio? Sono costruiti sulla tecnologia Java. Ciò ti consente di eseguire esperimenti online, scaricare applet sul tuo computer locale e incorporarli come widget in altre pagine web. Tutte queste opzioni sono fornite in ogni pagina demo PhET.

Tutti gli esperimenti PhET sono interattivi. Contengono uno o più compiti, nonché un insieme di tutti gli elementi necessari per risolverli. Poiché lo stato di avanzamento della soluzione, di norma, è descritto in modo sufficientemente dettagliato nelle note di testo, lo scopo principale delle dimostrazioni è visualizzare e spiegare gli effetti e non testare le conoscenze e le abilità dell'utente. Quindi, una delle dimostrazioni della sezione chimica suggerisce di comporre molecole dagli atomi proposti e di osservare una visualizzazione tridimensionale del risultato. Nella sezione biologica è presente un calcolatore per il bilancio del consumo calorico di una persona durante la giornata: puoi specificare i tipi e le quantità di cibo consumato, nonché la quantità di esercizio fisico. Quindi resta solo da osservare i cambiamenti nel "omino" sperimentale di una data età, altezza e peso iniziale. La sezione matematica vanta strumenti grafici molto utili per varie funzioni, giochi aritmetici e altre applicazioni interessanti. La sezione di fisica offre un'ampia gamma di "laboratori" che dimostrano una varietà di fenomeni, dal movimento semplice alle interazioni quantistiche.

PhET
Grado: 4
Lingua dell'interfaccia: Inglese, c'è il russo
Sviluppatore: Università del Colorado
Sito web: phet.colorado.edu

Progetto dimostrativo Wolfram

Una fonte molto preziosa di laboratori online è il Wolfram Demonstrations Project, una risorsa multidisciplinare. Lo scopo del progetto è una dimostrazione visiva dei concetti della scienza e della tecnologia moderne. Wolfram afferma di essere un'unica piattaforma che consente di creare un catalogo unificato di laboratori interattivi online. Questo, secondo i suoi sviluppatori, consentirà agli utenti di evitare problemi associati all'uso di risorse di apprendimento e piattaforme di sviluppo eterogenee.

Il catalogo Wolfram Demonstrations Project contiene oltre 7.000 articoli.
laboratori virtuali

Questo sito fa parte di un più ampio progetto Wolfram Internet. Il Wolfram Demonstrations Project ha attualmente un impressionante catalogo di oltre 7.000 demo interattive.

La base tecnologica per la creazione di laboratori e dimostrazioni è il pacchetto Wolfram Mathematica. Per visualizzare le demo, dovrai scaricare e installare uno speciale lettore CDF Wolfram con una dimensione di poco superiore a 150 MB.

Il catalogo dei progetti si compone di 11 sezioni principali relative ai vari rami della conoscenza e dell'attività umana. Vi sono ampie sezioni fisiche, chimiche e matematiche, oltre a quelle dedicate alla tecnologia e all'ingegneria. Le scienze biologiche sono ben rappresentate. I livelli di complessità dei modelli, così come i livelli di presentazione, sono molto diversi. Il catalogo contiene dimostrazioni piuttosto complesse rivolte all'istruzione superiore e molti laboratori sono dedicati all'illustrazione delle ultime conquiste scientifiche. Allo stesso tempo, il sito ha anche sezioni destinate ai bambini. Forse la barriera linguistica può diventare un certo inconveniente: il progetto Wolfram è attualmente puramente inglese. Tuttavia, non c'è molto testo nelle demo e nei laboratori, gli strumenti di gestione sono abbastanza semplici ed è facile gestirli senza richieste.

Non ci sono compiti o controlli specifici sulla loro attuazione. Tuttavia, non puoi chiamare il contenuto solo presentazioni o video. Le demo di Wolfram hanno una discreta quantità di interattività. Quasi tutti hanno strumenti che aiutano a modificare i parametri degli oggetti rappresentati, conducendo così esperimenti virtuali su di essi. Ciò contribuisce a una comprensione più profonda dei processi e dei fenomeni dimostrati.

Progetto dimostrativo Wolfram
Grado: 4
Linguaggio di interfaccia: Inglese
Sviluppatore: Progetto dimostrativo Wolfram e collaboratori
Sito web: dimostrazioni.wolfram.com

Laboratorio di chimica dell'iridio

Oltre ai progetti "diversificati" nel Web moderno, esistono molti laboratori online specializzati dedicati ad alcune scienze. Iniziamo con The ChemCollective, un progetto dedicato allo studio della chimica. Contiene molti materiali tematici in inglese. Una delle sue sezioni più interessanti è il suo laboratorio virtuale chiamato IrYdium Chemistry Lab. Il suo dispositivo è notevolmente diverso da tutti i progetti discussi sopra. Il fatto è che qui non vengono offerti esperimenti specifici e specifici con i loro compiti. Al contrario, all'utente viene concessa una libertà d'azione quasi completa.

IrYdium Online Chemistry Lab è diverso
elevata flessibilità nella configurazione e nel funzionamento

Il laboratorio è realizzato sotto forma di un'applet Java. A proposito, può essere scaricato ed eseguito su un computer locale: il collegamento per il download corrispondente si trova nella pagina principale del progetto.

L'interfaccia dell'applet è suddivisa in diverse zone. Al centro c'è l'area di lavoro, che mostra lo stato di avanzamento dell'esperimento. La colonna di destra è assegnata a una sorta di "cruscotto": mostra informazioni sulle reazioni in corso: temperatura, acidità, molarità e altri dati ausiliari. Il lato sinistro dell'applet contiene il cosiddetto "Magazzino reagenti". Questo è un insieme di vari reagenti virtuali, realizzati sotto forma di un albero gerarchico. Qui puoi trovare acidi, basi, sostanze indicatrici e tutto ciò di cui ha bisogno un chimico sperimentale. Per lavorare con loro, viene offerta una buona selezione di vari articoli di vetro da laboratorio, un bruciatore, bilance e altre attrezzature. Di conseguenza, l'utente ottiene a sua disposizione un laboratorio ben attrezzato con possibilità di sperimentazione poco più che limitate.

Poiché non ci sono compiti specifici qui, gli esperimenti vengono eseguiti in un modo necessario e interessante per l'utente. Resta solo da selezionare le sostanze necessarie, costruire un allestimento sperimentale utilizzando l'attrezzatura virtuale proposta e avviare la reazione. È molto conveniente che la sostanza risultante possa essere aggiunta alla raccolta di reagenti da utilizzare negli esperimenti successivi.

In generale si è rivelata una risorsa interessante e utile, caratterizzata da un'elevata flessibilità di utilizzo. Se teniamo conto della presenza di una traduzione russa quasi completa del programma, il laboratorio di IrYdium Chemistry Lab può diventare uno strumento molto utile per padroneggiare le conoscenze chimiche di base.

Laboratorio di chimica dell'iridio
Grado: 5
Lingua dell'interfaccia: inglese russo
Sviluppatore: Il Collettivo Chimico
Sito web: www.chemcollettive.org/vlab/vlab.php

"Laboratorio virtuale" teachmen.ru

Questo è il secondo progetto russo nella nostra recensione. Questa risorsa è specializzata in fenomeni fisici. L'ambito dei laboratori virtuali non si limita al quadro del curriculum scolastico. Le esperienze online offerte in esse, sviluppate da specialisti dell'Università statale di Chelyabinsk, si adatteranno non solo agli scolari, ma anche agli studenti. Tecnicamente, questa risorsa è una combinazione di Flash e Java, quindi ti consigliamo di verificare in anticipo gli aggiornamenti di Java Virtual Machine sulla tua macchina.

I compiti del progetto Virtual Lab sono diversi
maggiore complessità

La progettazione dei laboratori qui è schematica e rigorosa. Sembra che appaiano una specie di immagini rianimate dal libro di testo. Ciò è sottolineato dalla disponibilità di materiali destinati ad accompagnare le sessioni di formazione. L'enfasi principale in tali esperimenti è posta sull'esecuzione di compiti specifici e sulla verifica delle conoscenze dell'utente.

Il catalogo del progetto comprende una dozzina di sezioni tematiche principali, dalla meccanica alla fisica atomica e nucleare. Ciascuno di essi contiene fino a dieci corrispondenti laboratori virtuali interattivi. Inoltre, vengono offerti dispense illustrate, alcune con i propri esperimenti virtuali.

L'ambiente di lavoro dello sperimentatore è qui riprodotto con molta attenzione. I dispositivi sono dimostrati sotto forma di diagrammi, si propone di costruire grafici e scegliere risposte tra le opzioni disponibili. Gli esperimenti nel "Virtual Lab" sono più difficili che in VirtuLab. La raccolta della risorsa comprende esperimenti di fisica atomica e nucleare, fisica del laser e un "progettista di atomi", che si offre di assemblare un atomo da varie particelle elementari. Ci sono esperimenti per trovare e neutralizzare la sorgente di radiazione, per studiare le proprietà dei laser. Inoltre, ci sono laboratori "meccanici" incentrati principalmente sugli scolari.

Laboratori online a

Oltre alle grandi risorse con decine e centinaia di siti sperimentali virtuali, ci sono molti piccoli siti sul Web che offrono una serie di esperimenti interessanti su un argomento specifico, solitamente ristretto.

Un buon punto di partenza quando si cerca un piccolo virtuale
laboratoriin grado di diventare un progetto Online Labs in

In una situazione del genere, per trovare le dimostrazioni necessarie, torneranno sicuramente utili i progetti di catalogazione che raccolgono e organizzano i collegamenti a tali siti. Un buon punto di partenza è la directory Online Labs (onlinelabs.in). Questa risorsa raccoglie e organizza collegamenti a progetti che offrono esperimenti e laboratori online liberamente disponibili in vari campi della scienza. Per ogni scienza c'è una sezione corrispondente. Nell'area di interesse del progetto, in primis, fisica, chimica e biologia. Sono queste le sezioni che sono le più grandi e ben aggiornate. Inoltre, quelli dedicati all'anatomia, all'astronomia, alla geologia e alla matematica vengono gradualmente riempiti. Ciascuna delle sezioni contiene collegamenti a risorse Internet pertinenti con una breve annotazione in inglese che descrive lo scopo di un particolare laboratorio.

"Laboratorio virtuale" teachmen.ru
Grado: 3
Lingua: russo
Sviluppatore: Università statale di Chelyabinsk
Sito web:

L'istruzione mondiale e il processo scientifico sono cambiati così chiaramente negli ultimi anni, ma per qualche ragione non si parla più di innovazioni rivoluzionarie e delle opportunità che aprono, ma di scandali degli esami locali. Nel frattempo, l'essenza del processo educativo riflette magnificamente il proverbio inglese "Puoi condurre un cavallo in un abbeveratoio, ma non puoi farlo ubriacare".

L'educazione moderna, in sostanza, vive una doppia vita. Nella sua vita ufficiale c'è un programma, prescrizioni, esami, una battaglia "insensata e spietata" per la composizione delle materie nel corso scolastico, il vettore della posizione ufficiale e la qualità dell'istruzione. E nella sua vita reale, di regola, si concentra tutto ciò che è educazione moderna: digitalizzazione, eLearning, Mobile Learning, apprendimento attraverso Coursera, UoPeople e altre istituzioni online, webinar, laboratori virtuali, ecc. Tutto questo per ora non è entrato a far parte del paradigma educativo globale generalmente accettato, ma a livello locale è già in corso la digitalizzazione dell'istruzione e della ricerca.

MOOC-learning (Massive Open Online Courses, lezioni di massa da open source) è ottimo per trasferire idee, formule e altre conoscenze teoriche in lezioni e lezioni. Ma per la completezza dello sviluppo di molte discipline occorrono anche esercitazioni pratiche - l'apprendimento digitale ha "sentito" questa esigenza evolutiva e ha creato una nuova "forma di vita" - laboratori virtuali, propri per l'istruzione scolastica e universitaria.

Un problema noto con l'eLearning è che insegna principalmente materie teoriche. Forse la fase successiva nello sviluppo dell'istruzione online sarà la copertura delle aree pratiche. E questo avverrà in due direzioni: la prima è la delega contrattuale della pratica alle università fisicamente esistenti (nel caso della medicina, ad esempio), e la seconda è lo sviluppo di laboratori virtuali in diversi linguaggi.

Perché abbiamo bisogno di laboratori virtuali o virtulab?

Per prepararsi al vero lavoro di laboratorio.
Per le attività scolastiche, se non ci sono condizioni idonee, materiali, reagenti e attrezzature.
Per la didattica a distanza.
Per lo studio autonomo delle discipline in età adulta o insieme ai bambini, poiché molti adulti, per un motivo o per l'altro, sentono il bisogno di “ricordare” ciò che a scuola non è mai stato appreso o compreso.
Per lavoro scientifico.
Per l'istruzione superiore con un'importante componente pratica.

Varietà di virtulab. I laboratori virtuali possono essere 2D o 3D; semplice per gli studenti più giovani e complesso, pratico per studenti delle scuole medie e superiori, studenti e insegnanti. I loro virtulab sono progettati per diverse discipline. Molto spesso si tratta di fisica e chimica, ma ce ne sono anche di piuttosto originali, ad esempio un virtulab per ecologisti.

Le università particolarmente serie hanno i loro laboratori virtuali, ad esempio la Samara State Aerospace University intitolata all'accademico S.P. Korolev e il Max Planck Institute for the History of Science di Berlino (Max Planck Institute for the History of Science, MPIWG). Ricordiamo che Max Planck è un fisico teorico tedesco, il fondatore della fisica quantistica. Il laboratorio virtuale dell'istituto ha anche un sito web ufficiale. Potete guardare la presentazione a questo link. Il Laboratorio Virtuale: Strumenti di Ricerca sulla Storia della Sperimentazione. Il laboratorio online è una piattaforma in cui gli storici pubblicano e discutono le loro ricerche sul tema della sperimentazione in vari campi della scienza (dalla fisica alla medicina), dell'arte, dell'architettura, dei media e della tecnologia. Contiene anche illustrazioni e testi su vari aspetti della sperimentazione: strumenti, esperimenti, filmati, foto di scienziati, ecc. Gli studenti possono creare il proprio account in questo virtulab e aggiungere articoli scientifici per la discussione.

Laboratorio virtuale dell'Istituto Max Planck per la Storia della Scienza

Portale Virtulab

La scelta dei virtulab di lingua russa, purtroppo, è ancora piccola, ma è questione di tempo. La diffusione dell'eLearning tra alunni e studenti, la massiccia penetrazione della digitalizzazione nelle istituzioni educative creerà in qualche modo la domanda e quindi inizieranno a sviluppare in modo massiccio bellissimi laboratori virtuali moderni in varie discipline. Fortunatamente esiste già un portale specializzato abbastanza sviluppato dedicato ai laboratori virtuali - Virtuallab.Net. Offre soluzioni piuttosto interessanti e copre quattro discipline: fisica, chimica, biologia ed ecologia.

Laboratorio virtuale 3D in fisica Virtulab .Net

Pratica di ingegneria virtuale

Virtulab.Net non elenca ancora l'ingegneria come una delle sue specializzazioni, ma riferisce che i virtulab di fisica lì ospitati possono essere utili nella formazione ingegneristica a distanza. Dopotutto, ad esempio, per costruire modelli matematici è necessaria una profonda comprensione della natura fisica degli oggetti di modellazione. In generale, i virtulab di ingegneria hanno un enorme potenziale. L'istruzione ingegneristica è in gran parte orientata alla pratica, ma le università utilizzano raramente tali laboratori virtuali a causa del fatto che il mercato dell'istruzione digitale nel campo dell'ingegneria è sottosviluppato.

Complessi didattici orientati ai problemi del sistema CADIS (SSAU). La Samara Aerospace University intitolata a Korolev ha sviluppato il proprio virtulab di ingegneria per rafforzare la formazione di specialisti tecnici. Il Centro per le nuove tecnologie dell'informazione (CNIT) della SSAU ha creato "Complessi educativi orientati ai problemi del sistema CADIS". La sigla CADIS sta per "Sistema di Complessi di Strumenti Didattici Automatizzati". Si tratta di aule speciali in cui si tengono laboratori di laboratorio virtuale sulla forza dei materiali, la meccanica strutturale, i metodi di ottimizzazione e la modellazione geometrica, la progettazione di aeromobili, la scienza dei materiali e il trattamento termico e altre discipline tecniche. Alcuni di questi workshop sono disponibili gratuitamente sul server SSAU. Le aule virtuali contengono descrizioni di oggetti tecnici con fotografie, diagrammi, collegamenti, disegni, video, audio e animazioni flash con una lente d'ingrandimento per esaminare i piccoli dettagli dell'unità virtuale. C'è anche la possibilità di autocontrollo e formazione. Ecco quali sono i complessi del sistema virtuale CADIS:

Beam - un complesso per l'analisi e la costruzione di diagrammi di travi nel corso della resistenza dei materiali (ingegneria, costruzione).
Struttura: un insieme di metodi per la progettazione di circuiti di alimentazione di strutture meccaniche (ingegneria, costruzione).
Ottimizzazione - un complesso sui metodi di ottimizzazione matematica (corsi CAD in ingegneria meccanica, edilizia).
Spline - un complesso di metodi di interpolazione e approssimazione nella modellazione geometrica (corsi CAD).
I-beam: un complesso per lo studio dei modelli di lavoro elettrico di strutture a pareti sottili (ingegneria, costruzione).

Chimico - un insieme di complessi di chimica (per scuole secondarie, licei specializzati, corsi preparatori per le università).
Organico - complessi in chimica organica (per le università).
Polimero - complessi nella chimica dei composti macromolecolari (per le università).
Molecule Constructor - Programma di simulazione "Molecule Constructor".
Matematica - un complesso di matematica elementare (per candidati universitari).
L'educazione fisica è un complesso per supportare i corsi teorici di educazione fisica.
Metallurgista - un complesso per la scienza dei metalli e il trattamento termico (per università e scuole tecniche).
Zubrol - un complesso sulla teoria dei meccanismi e delle parti di macchine (per università e scuole tecniche).

Strumenti virtuali su Zapisnyh.Narod.Ru. Il sito Zapisnyh.Narod.Ru sarà molto utile nell'istruzione ingegneristica, dove puoi scaricare gratuitamente strumenti virtuali su una scheda audio, che aprono ampie opportunità per la creazione di tecnologia. Interesseranno sicuramente gli insegnanti e saranno utili nelle lezioni frontali, nel lavoro scientifico e nei laboratori di laboratorio nelle discipline naturali e tecniche. La gamma di strumenti virtuali pubblicati sul sito è impressionante:

generatore LF combinato;
generatore LF bifase;
registratore oscilloscopio;
oscilloscopio;
frequenzimetro;
Caratteregrafo AF;
tecnografo;
contatore elettrico;
metro R, C, L;
elettrocardiografo domiciliare;
capacità e stimatore ESR;
sistemi cromatografici KhromProtsessor-7-7M-8;
un dispositivo per il controllo e la diagnosi di malfunzionamenti di orologi al quarzo, ecc.

Uno dei dispositivi di ingegneria virtuale dal sito Zapisnyh.Narod.Ru

Laboratori virtuali di fisica

Virtulab ecologico su Virtulab .Net. Il laboratorio ambientale del portale tocca sia le questioni generali dello sviluppo della Terra che le leggi individuali.

In conformità con gli standard educativi statali federali per l'istruzione professionale superiore nelle aree di studio implementate presso la Facoltà di Chimica dell'Università pedagogica statale russa. AI Herzen, l'organizzazione del processo educativo dovrebbe includere l'uso di forme attive e interattive di conduzione delle classi, comprese le simulazioni al computer. Le lezioni condotte in queste forme dovrebbero essere almeno il 30 percento del tempo in classe.

Interpretando forme attive e interattive di conduzione delle lezioni in termini di inclusione degli studenti in un'interazione educativa diretta o indiretta intensiva, dovrebbe essere riconosciuto che sulla base dei principi di tecnologizzazione, innovazione, individualizzazione, differenziazione, integrazione, programmi di formazione informatica aprono nuove opportunità nell'organizzazione l'interazione delle materie di apprendimento, dei contenuti e della natura delle loro attività. In particolare, nell'insegnamento della chimica, tale approccio contribuisce ad aumentare il livello di assimilazione della conoscenza dell'informazione chimica e la capacità di applicarla, lo sviluppo delle capacità degli studenti per il pensiero integrativo e creativo, la formazione di abilità generalizzate per risolvere il problema situazioni.

Il miglioramento degli strumenti di apprendimento elettronico ha portato alla modernizzazione del processo educativo nel suo insieme: le lezioni si tengono in modalità di presentazione, vengono utilizzati metodi interattivi di presentazione del materiale didattico per condurre lezioni pratiche e seminariali, prove ed esami vengono sostenuti utilizzando il controllo della macchina.

Nell'insegnamento della chimica, il laboratorio di laboratorio rimane la parte più conservativa del processo educativo, non è ancora del tutto chiara l'opportunità di trasferirlo completamente in modalità e-learning. Tuttavia, opportunità speciali per l'implementazione dell'apprendimento interattivo qui sono create da un nuovo tipo di esperimento chimico educativo: un laboratorio virtuale.

Un laboratorio virtuale è inteso come un programma per computer che consente di simulare un processo chimico su un computer, modificare le condizioni e i parametri della sua implementazione. Durante l'esecuzione del lavoro di laboratorio virtuale, lo studente opera con campioni di sostanze e componenti di apparecchiature che riproducono l'aspetto e le funzioni di oggetti reali.

Da un lato, gli aspetti positivi del laboratorio virtuale sono evidenti: le moderne tecnologie informatiche in un certo numero di casi consentono di allontanarsi dallo svolgimento effettivo dei processi chimici senza perdere la qualità delle informazioni ricevute. Un'esigenza particolare per il lavoro di laboratorio virtuale sorge, in primo luogo, nella corrispondenza e nell'apprendimento a distanza, nonché quando gli studenti lavorano fuori dalle lezioni perse, dall'assenza di apparecchiature sofisticate e di reagenti costosi o inaccessibili. Inoltre, per alcune opere, le possibilità di un laboratorio di laboratorio informatizzato sono più ampie di quelle di un laboratorio tradizionale. Quindi, gli studenti hanno la possibilità di studiare le reazioni con le sostanze vietate per l'uso nel processo educativo, non ci sono limiti di tempo, lo studente può fare un lavoro (o prepararsi) durante il tempo extracurriculare, ripeterlo molte volte.

Nonostante i vantaggi e l'ovvia necessità della pratica educativa nei laboratori virtuali, il loro numero e l'esperienza nell'usarli nell'apprendimento interattivo ea distanza di discipline chimiche, ad esempio la chimica fisica, nella pratica straniera e domestica non è così grande. I laboratori virtuali di chimica sono creati principalmente per l'istruzione secondaria generale ("Laboratorio di chimica virtuale per i gradi 8-11 ISO"). Per quanto riguarda l'istruzione superiore, esiste un numero limitato di laboratori di chimica virtuale principalmente di chimica inorganica, generale e organica per aree / profili di formazione non chimici, quasi tutti in inglese, in alcuni casi è richiesta la registrazione e il pagamento per l'utilizzo della versione completa: Chemlab, Crocodile Chemistry 605 e il prodotto educativo "Yenka", Virtual Chemistry Laboratory, Dartmouth ChemLab (un manuale interattivo per eseguire lavori di laboratorio in chimica generale, creato sulla base, adattato per le scuole russe, non è in realtà un laboratorio virtuale), una raccolta di visualizzazioni e simulazioni al computer di simulazioni di esperimenti di chimica e Virtlab: A Virtual Laboratory e molti altri.

Laboratori virtuali speciali di chimica fisica non sono affatto rappresentati nel mercato dei prodotti educativi. Indubbiamente, le università, per quanto possibile, creano laboratori virtuali di chimica fisica, tenendo conto delle loro specificità, il più delle volte per lavorare con i propri studenti. Ad esempio, il prodotto software "Module of Applied Chemistry" (MPKh), sviluppato presso il Dipartimento di IU-6 MSTU. NE Bauman. In accordo con il curriculum della disciplina "Chimica fisica", è prevista l'esecuzione di una serie di lavori di laboratorio, inclusi gli argomenti "Termochimica", "Equilibri di fase", "Fenomeni di superficie".

Grazie al MPH è stato possibile svolgere attività di laboratorio su questi temi in tempo reale (Real Time), implementando un modello misto di formazione a distanza. Un altro esempio è il lavoro di laboratorio virtuale del Kemerovo Institute of Food Technologies.

Il livello di tali sviluppi è molto vario sia dal punto di vista tecnico che metodologico e l'uso è limitato. La progettazione e l'implementazione indipendenti di un ambiente educativo informativo strettamente focalizzato è un compito molto difficile che richiede una base operativa speciale, un team di programmatori, insegnanti e chimici e grandi costi di tempo e finanziari. Riteniamo che sia più appropriato adattare o creare all'interno del laboratorio virtuale esistente il proprio lavoro di laboratorio virtuale che soddisfi le specifiche di questo OOP e il programma della disciplina. In particolare, abbiamo utilizzato il laboratorio virtuale del progetto The ChemCollective per creare il nostro laboratorio virtuale di chimica fisica.

IrYdium Chemistry Lab, i cui vantaggi sono un insieme soddisfacente di reagenti virtuali e strumenti fisici e chimici, un'interfaccia intuitiva parzialmente russificata, un programma di sviluppo di attività integrato, uso gratuito consentito dagli sviluppatori.

Creato da noi sulla base dell'IrYdium Chemistry Lab e testato in un laboratorio di chimica fisica presso l'Università Pedagogica Statale Russa che porta il suo nome. AI Il lavoro di laboratorio virtuale Herzen è una simulazione del lavoro sperimentale di un vero laboratorio di laboratorio sul tema "Termochimica": "Determinazione del calore di dissoluzione del sale", "Determinazione dell'effetto termico della formazione di idrato cristallino da sale anidro e acqua", "Determinazione del calore di neutralizzazione di un acido forte da una base forte", la cui attuazione è prevista programmi di lavoro della disciplina "Chimica fisica". Ogni lavoro comprende un'ampia varietà di compiti (sostanze studiate, loro massa/volume), fornite di istruzioni metodologiche per studenti e insegnanti. Il corso del lavoro di laboratorio virtuale è il più vicino possibile alla conduzione di un vero esperimento chimico; con l'aiuto di un programma per computer, lo studente esegue determinate azioni da lui pensate in base a un compito specifico: seleziona i reagenti, pesa, misura i volumi, registra i cambiamenti di temperatura, effettua osservazioni (sotto forma di immagini virtuali), elabora, riassume e analizza i risultati degli esperimenti in un rapporto.

Nonostante i vantaggi descritti, con lo sviluppo delle tecnologie informatiche di apprendimento viene sempre più discussa la questione della necessità di creare laboratori virtuali e del trasferimento parziale o completo dei laboratori dai laboratori alle classi di informatica.

Allo stesso tempo, alcuni autori spiegano la necessità di tale transizione per l'alto costo delle attrezzature di laboratorio, altri per la mancanza di risorse temporanee o l'unificazione dei programmi didattici secondo la Dichiarazione di Bologna, ecc. Tuttavia, il principale svantaggio di un laboratorio virtuale è la mancanza di contatto diretto tra lo studente e l'oggetto di studio, strumenti e attrezzature.

Come la maggior parte dei nostri colleghi, riteniamo che l'oggetto di studio della chimica sia una sostanza che possiede un insieme di caratteristiche e proprietà che nessuno dei più avanzati modelli informatici può riprodurre. L'approccio al problema della creazione di opere di laboratorio virtuale e della loro implementazione nel processo educativo dovrebbe tenere conto delle specificità della disciplina chimica al fine di prevenire il rilascio di un esercito di specialisti "virtuali" che hanno esperienza di lavoro solo con modelli idealizzati, e non con oggetti e fenomeni reali, mentre il livello della loro responsabilità quando operano in produzione è così grande da determinare non solo la sicurezza ambientale, ma anche l'esistenza stessa del mondo circostante.

L'esperienza di utilizzo del lavoro di laboratorio virtuale in un laboratorio di chimica ha mostrato che è preferibile una combinazione di esperimenti virtuali e reali, in cui il modello informatico del processo in studio ha una funzione ausiliaria di preparare lo studente ad azioni con oggetti reali. Un laboratorio virtuale consente di elaborare una metodologia per lo studio di un processo reale, di prevedere possibili errori nell'impostazione e nella conduzione di un esperimento, di velocizzare l'elaborazione matematica e l'interpretazione dei dati ottenuti e di compilare un report. L'insegnante ha una reale opportunità di assegnare agli studenti il compito di determinare le condizioni ottimali per l'esperimento. La soluzione di questo problema può essere implementata nelle condizioni di un esperimento chimico virtuale dopo aver studiato le proprietà del modello, il che consente agli studenti stessi di argomentare ragionevolmente le condizioni per condurre un esperimento reale. Ciò è particolarmente vero nel caso di lavoro con oggetti chimici pericolosi (ad esempio acidi e alcali concentrati, sostanze infiammabili o tossiche), quindi si tratta di laboratori virtuali che dovrebbero essere utilizzati nelle prime fasi e solo dopo aver acquisito le competenze richieste, procedere, se necessario, a lavorare con oggetti reali.

Non c'è dubbio che il lavoro di laboratorio virtuale e le altre simulazioni al computer che offriamo non possono e non devono sostituire un vero esperimento chimico, tuttavia, ci sono una serie di situazioni in cui l'uso di un laboratorio virtuale è il modo preferito o l'unico possibile di apprendimento . Si tratta innanzitutto di formazione a distanza, quando lo studente non è fisicamente presente in laboratorio, ad esempio durante la didattica a distanza oa tempo pieno per malattia o per uno stage all'estero. Inoltre, c'è la necessità di recuperare le lezioni perse, la necessità di preparazione/formazione prima di fare un vero lavoro di laboratorio, ecc. Con forme interattive di conduzione delle lezioni, il lavoro di laboratorio virtuale consente di condurre una simulazione al computer visiva e affidabile del processo fisico e chimico, causare e osservare la risposta del sistema alle influenze esterne, incluso il numero massimo di studenti in classe in un percorso educativo produttivo interazione.

Pertanto, dal nostro punto di vista, le forme attive e interattive delle lezioni di chimica dovrebbero contenere sia esperimenti reali su apparecchiature moderne sia lavori di laboratorio virtuale sullo studio dei processi chimici in una proporzione ottimale e scientificamente fondata, che consentirà di sviluppare dinamicamente la struttura e la metodologia di insegnare la chimica sulla base delle ultime conquiste della scienza, della tecnologia e dei metodi della conoscenza. assalto di apprendimento collaborativo virtuale

Viene descritta una tecnica per creare lavori di laboratorio in chimica utilizzando laboratori virtuali. La creazione di un lavoro di laboratorio virtuale consiste nelle fasi di definizione degli obiettivi per il lavoro di laboratorio, scelta di un laboratorio virtuale, identificazione delle capacità di un simulatore virtuale, correzione degli obiettivi, determinazione di compiti significativi e didattici, scrittura di un copione, test, correzione di un copione, valutare e analizzare l'affidabilità del processo e il risultato di un esperimento virtuale rispetto al full-scale, elaborando raccomandazioni metodologiche. Viene presentato un modello della metodologia per la creazione di un lavoro di laboratorio virtuale in chimica. L'apparato concettuale e terminologico nell'ambito della ricerca è stato chiarito: vengono fornite le definizioni di laboratorio virtuale di lavoro in chimica, laboratorio chimico virtuale, esperimento chimico virtuale. Vengono mostrati i metodi di utilizzo del lavoro di laboratorio virtuale in chimica nell'insegnamento in un'università: nello studio di nuovo materiale, nel consolidamento delle conoscenze, nella preparazione per il lavoro di laboratorio su vasta scala sia in classe che nelle attività extracurriculari indipendenti.

formazione di chimica

laboratori virtuali

esperimento virtuale

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. Mezzi elettronici per insegnare la chimica; sviluppo e modalità di utilizzo. - Minsk: Aversev, 2012. - 206 pag.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. Lavoro di laboratorio virtuale nell'insegnamento interattivo della chimica fisica // Atti dell'Università pedagogica statale russa. AI Herzen. - 2014. - N. 168. - P.79–84.

3. GOST 15971–90. Sistemi di elaborazione delle informazioni. Termini e definizioni. - Invece di GOST 15971-84; ingresso. 01/01/1992. - M.: Casa editrice di norme, 1991. - 12 p.

4. Morozov, M. N. Sviluppo di un laboratorio chimico virtuale per l'istruzione scolastica // Tecnologie educative e società. - 2004. - T 7, n. 3. - C 155-164.

5. Pak, M. S. Teoria e metodi di insegnamento della chimica: un libro di testo per le università. - San Pietroburgo: casa editrice dell'Università Pedagogica Statale Russa im. AI Herzen, 2015. - 306 pag.

6. Standard educativo statale federale dell'istruzione professionale superiore nella direzione della formazione 050100 Istruzione pedagogica (qualifica (laurea) "scapolo") (approvata dall'Ordine del Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa del 22 dicembre 2009 n. 788 ) (come modificato il 31 maggio 2011 .) [risorsa elettronica]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (data di accesso: 03.10.15).

7. Laboratorio virtuale / Collettivo chimico. Risorse online per l'insegnamento e l'apprendimento della chimica [risorsa elettronica]. - URL: http://chemcollettive.org/activities/vlab?lang=ru (data di accesso: 03.10.15).

Laboratori chimici virtuali, esperimenti virtuali, laboratori virtuali di chimica: questa è un'area promettente nell'educazione chimica, che attira naturalmente l'attenzione di studenti e insegnanti. L'importanza dell'introduzione dei laboratori virtuali nella pratica educativa è dovuta, in primo luogo, alle sfide informative del tempo e, in secondo luogo, ai requisiti normativi per l'organizzazione dell'istruzione, ovvero agli standard educativi. Al fine di implementare l'approccio basato sulle competenze, gli attuali standard educativi statali federali dell'istruzione superiore prevedono l'uso diffuso nel processo educativo di forme attive e interattive di conduzione delle lezioni, comprese le simulazioni al computer, in combinazione con il lavoro extracurriculare al fine di formare e sviluppare le capacità professionali degli studenti.

In quest'area, in termini di prevalenza e domanda, il leader è "Gradi di chimica 8-11 - Laboratorio virtuale" di MarSTU, destinato a scolari e candidati; anche noto lavoro pratico interattivo ed esperimenti di chimica VirtuLab (http://www.virtulab.net/). A livello di istruzione superiore, tra le risorse in lingua russa sul mercato dell'istruzione ci sono laboratori chimici virtuali dell'ENK, sviluppi propri (e, di regola, chiusi) delle università e una serie di risorse in lingue straniere. La descrizione dei laboratori virtuali disponibili in chimica è stata data più volte, la loro lista sarà sicuramente reintegrata. I laboratori virtuali prendono con sicurezza il loro posto nella pratica dell'insegnamento della chimica e delle discipline chimiche, allo stesso tempo, stanno appena iniziando a prendere forma le basi teoriche e metodologiche per la loro applicazione e la creazione di opere di laboratorio virtuale basate su di esse. Anche il termine stesso “laboratorio virtuale di chimica” non ha ancora ricevuto una definizione ragionevole che indichi con precisione il rapporto con altri concetti, tra cui il concetto di laboratorio virtuale nell'insegnamento della chimica e un esperimento chimico virtuale.

Per chiarire l'apparato concettuale e terminologico, utilizziamo come punto di partenza il termine "esperimento chimico", utilizzato nel campo scientifico della teoria e dei metodi di insegnamento. Un esperimento chimico è un mezzo specifico per insegnare la chimica, fungendo da fonte e il metodo cognitivo più importante, introduce gli studenti non solo agli oggetti e ai fenomeni, ma anche ai metodi della scienza chimica. Nel processo di un esperimento chimico, gli studenti acquisiscono la capacità di osservare, analizzare, trarre conclusioni, maneggiare apparecchiature e reagenti. Ci sono: dimostrazione ed esperimento studente/studente; esperimenti (aiutano a studiare alcuni aspetti di un oggetto chimico), lavoro di laboratorio (una serie di esperimenti di laboratorio consente di studiare molti aspetti di oggetti e processi chimici), esercitazioni pratiche, laboratorio di laboratorio; esperimento domestico, esperimento di ricerca, ecc. Un esperimento chimico può essere naturale, mentale e virtuale. "Virtuale" significa "possibile, non avendo un'incarnazione fisica"; realtà virtuale: imitazione di un ambiente reale con l'aiuto di dispositivi informatici; utilizzato principalmente per scopi educativi; a questo proposito, un esperimento virtuale è talvolta chiamato simulazione o esperimento al computer. Secondo l'attuale GOST, "virtuale" è una definizione che caratterizza un processo o dispositivo in un sistema di elaborazione delle informazioni che sembra esistere realmente, poiché tutte le loro funzioni sono implementate con altri mezzi; ampiamente utilizzato in connessione con l'uso delle telecomunicazioni. Pertanto, un esperimento chimico virtuale è una sorta di esperimento educativo in chimica; la sua principale differenza da quella naturale è il fatto che la tecnologia informatica serve come mezzo per dimostrare o modellare processi e fenomeni chimici; durante l'esecuzione, lo studente opera con immagini di sostanze e componenti di apparecchiature che riproducono l'aspetto e le funzioni di oggetti reali, cioè usa un laboratorio virtuale. Comprendiamo un laboratorio virtuale nell'insegnamento della chimica come una simulazione al computer di un laboratorio chimico educativo, realizzando la sua funzione principale: condurre un esperimento chimico a scopo didattico. Tecnicamente, il funzionamento del laboratorio virtuale è fornito da software e hardware di tecnologia informatica, un sistema di ipotesi didatticamente - significativamente e metodicamente motivato sul corso del processo chimico studiato o manifestazioni delle proprietà di un oggetto chimico, sulla base di quale delle possibili opzioni per la reazione del laboratorio virtuale alle azioni dell'utente viene sviluppata. Un laboratorio virtuale funge da elemento di un ambiente educativo informativo ad alta tecnologia, essendo un mezzo per creare ed eseguire un esperimento virtuale. Lavoro di laboratorio virtuale in chimica: un esperimento chimico virtuale sotto forma di una serie di esperimenti uniti dall'obiettivo comune di studiare un oggetto o un processo chimico.

Considera la metodologia per creare un lavoro di laboratorio virtuale in chimica (il suo modello è mostrato nella Figura 1) utilizzando un esempio specifico di un lavoro di laboratorio sull'argomento "Soluzioni".

Riso. 1. Modello della metodologia per la creazione di un lavoro di laboratorio virtuale in chimica

La creazione di un lavoro di laboratorio virtuale consiste nelle fasi di definizione degli obiettivi per il lavoro di laboratorio, scelta di un laboratorio virtuale, identificazione delle capacità di un simulatore virtuale, correzione degli obiettivi, determinazione di compiti significativi e didattici, scrittura di uno scenario, test, valutazione e analisi del affidabilità del processo e risultato di un esperimento virtuale rispetto a uno naturale, correzione dello scenario ed elaborazione di raccomandazioni metodologiche.

La fase di definizione degli obiettivi implica il processo di scelta degli obiettivi del lavoro di laboratorio pianificato con la definizione dei limiti delle deviazioni consentite per ottenere il risultato educativo con i mezzi più efficaci e accettabili, tenendo conto del materiale, della tecnica, del tempo, dell'uomo risorse, nonché le caratteristiche personali e di età degli studenti. Nel nostro esempio, l'obiettivo era preparare soluzioni e studiarne le proprietà; il lavoro è progettato per attività educative extracurriculari indipendenti degli studenti. Il tema delle soluzioni è trattato nella maggior parte dei corsi universitari di chimica, inoltre, le capacità di preparazione e lavoro con le soluzioni sono richieste nella vita di tutti i giorni e in quasi tutte le attività professionali. Pertanto, lo scopo del lavoro era consolidare la capacità di calcolare la concentrazione molare e percentuale di una soluzione, la quantità necessaria di una sostanza e di solvente per preparare una soluzione di una determinata concentrazione; sviluppo dell'algoritmo e della tecnica delle operazioni per la preparazione di soluzioni (sostanze da pesare, volume di misurazione, ecc.); lo studio dei fenomeni che si verificano durante la dissoluzione: rilascio o assorbimento di calore, dissociazione, variazioni della conduttività elettrica, variazioni del pH del mezzo, ecc.

La fase di scelta di un laboratorio virtuale. La scelta di un laboratorio virtuale è determinata da una serie di circostanze: la modalità di accesso alla risorsa, le condizioni finanziarie per il suo utilizzo, il linguaggio e la complessità dell'interfaccia e, naturalmente, il contenuto, ovvero le opportunità che questo laboratorio fornisce o non fornisce all'utente per raggiungere gli obiettivi del lavoro di laboratorio pianificato. Ci siamo concentrati sui laboratori ad accesso libero aperto, per i quali sarebbero sufficienti competenze informatiche a livello di utente, abbandonando inizialmente i laboratori con un basso grado di interattività, ovvero consentendo solo opzioni per l'osservazione passiva di un esperimento chimico. Dopo aver studiato diversi progetti sia di piano multidisciplinare che tematico, siamo giunti alla conclusione che nessuno dei laboratori a noi noti soddisfa pienamente i requisiti, ovvero: consentire allo studente di preparare una soluzione di una determinata concentrazione secondo importi precalcolati di un soluto e di un solvente, effettuando operazioni di pesatura, misurando il volume, dissoluzione, accertandosi che la preparazione sia corretta, ed osservando anche i processi che accompagnano la dissoluzione. Tuttavia, abbiamo optato per il laboratorio virtuale IrYdiumChemistryLab, che ha il vantaggio di poter intervenire nel programma e progettare il proprio esperimento virtuale.

L'identificazione delle capacità del simulatore virtuale del laboratorio selezionato ha mostrato quanto segue. Per quanto riguarda l'insieme dei reagenti - ci sono soluzioni di varie concentrazioni (19 MNaOH, 15 MHClO4 e altri), l'acqua come solvente più importante, ma praticamente non ci sono solidi; tuttavia, l'applicazione Authoring Tool consente di introdurre reagenti aggiuntivi in laboratorio utilizzando le caratteristiche termodinamiche delle sostanze. L'apparecchiatura comprende un set di strumenti di misura di vari gradi di accuratezza (cilindri, pipette, burette), una bilancia analitica, un pHmetro, un sensore di temperatura, un elemento riscaldante e un'applet che mostra la concentrazione di particelle in una soluzione. Non viene fornita la capacità di studiare caratteristiche della soluzione come conduttività elettrica, viscosità, tensione superficiale. I processi nel laboratorio virtuale avvengono in tempi brevissimi, il che limita lo studio della velocità dei processi chimici. Sulla base delle capacità del simulatore virtuale, sono stati corretti gli obiettivi, in particolare è stato escluso lo studio della conducibilità elettrica delle soluzioni, ma è stato aggiunto lo studio dell'effetto della temperatura sulla solubilità delle sostanze. Nel determinare gli obiettivi del lavoro di laboratorio, si è proceduto dai risultati attesi: gli studenti dovrebbero sviluppare un'abilità pratica nella preparazione di soluzioni, inclusa la padronanza degli algoritmi delle singole operazioni, dovrebbero giungere a conclusioni sulla variazione del numero di particelle in una soluzione durante la dissociazione di elettroliti forti e deboli, circa il rapporto tra il numero di anioni e cationi in caso di dissoluzione di elettroliti asimmetrici, sulle cause degli effetti termici durante la dissoluzione.

Individuiamo la fase di definizione degli obiettivi del lavoro di laboratorio che viene creato come un elemento importante nel processo di progettazione delle attività degli studenti, qui è necessario pianificare quali manipolazioni gli studenti dovranno eseguire nell'ambito di questo lavoro di laboratorio e quali osservare (compiti significativi), e quali conclusioni e su quali basi dovrebbero arrivare dopo il suo completamento (compiti didattici), quali abilità acquisire. Ad esempio, per padroneggiare l'algoritmo delle azioni durante la preparazione di un determinato volume di soluzione secondo un campione: calcolare la massa di una sostanza, pesarla, misurare il volume del liquido / portarlo al volume desiderato; padroneggiare le tecniche di lavoro con bilance analitiche e strumenti di misurazione; osservare come le concentrazioni di particelle (molecole, ioni) in una soluzione sono correlate durante la dissoluzione di elettroliti e non elettroliti, elettroliti simmetrici e asimmetrici, elettroliti forti e deboli, trarre conclusioni sulla solubilità, sugli effetti termici durante la dissoluzione e così via .

Il passo successivo nella creazione di un lavoro di laboratorio è creare uno scenario, cioè una descrizione dettagliata di ciascuna esperienza separatamente e determinare il luogo e il ruolo di questa esperienza nel lavoro di laboratorio, tenendo conto a quali compiti contribuirà e come lavorare per raggiungere gli obiettivi del lavoro di laboratorio nel suo insieme. In pratica, la preparazione dello scenario avviene contestualmente all'approvazione, cioè all'esecuzione di prove di esperimenti che contribuiscono all'affinamento e al dettaglio dello scenario. Lo scenario riflette ogni azione e la reazione del laboratorio virtuale ad essa. Lo scenario si basa su attività come "Preparare 49 g di soluzione di CuSO4 allo 0,4%" o "Preparare 35 ml di soluzione di CuSO4 a 0,1 mol/L dal suo idrato cristallino (CuSO4∙5H2O)". Nella redazione dell'incarico si tiene conto della disponibilità di reagenti e attrezzature adeguati nel laboratorio virtuale e della fattibilità tecnica di tale incarico. Nel nostro esempio, lo scenario, oltre al lato del calcolo, prevedeva anche una serie di azioni e tecniche che simulano la preparazione di una soluzione in un laboratorio reale. Ad esempio, durante la pesatura, la sostanza secca non deve essere collocata direttamente sulla ciotola di pesatura, ma deve essere utilizzato un apposito contenitore; utilizzare la funzione di tara; poiché in realtà la sostanza va aggiunta alla bilancia in piccole porzioni, un eventuale accidentale eccesso della massa calcolata comporterà il fatto che sarà necessario ricominciare l'operazione. Sono previste la scelta di vetreria chimica di volume adeguato, la misurazione accurata del volume del liquido “lungo il menisco inferiore” e l'uso di altre tecniche specifiche. Dopo la preparazione, le applet del laboratorio virtuale riflettono le proprietà della soluzione risultante (concentrazione molare di ioni, pH), che consente di verificare la correttezza dell'attività. Durante l'esecuzione di una serie di esperimenti, gli studenti riceveranno dati sulla base dei quali possono trarre conclusioni sulla concentrazione di ioni in soluzioni di elettroliti forti e deboli, sul pH delle soluzioni di sostanze idrolizzabili o sulla dipendenza dall'effetto termico della dissoluzione sulla quantità di solvente e sulla natura della sostanza, ecc.

Si consideri ad esempio lo studio degli effetti termici nella dissoluzione delle sostanze. Lo scenario prevede esperimenti sulla dissoluzione di sali secchi (NaCl, KCl, NaNO 3 , CuSO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , KClO 3 , Ce 2 (SO 4) 3). Modificando la temperatura della soluzione, gli studenti dovrebbero concludere che sono possibili sia gli effetti endotermici che quelli esotermici della dissoluzione. La formulazione dei compiti in ciascun caso può variare e dipende dal tipo di esperimento: di ricerca o illustrativo. Ad esempio, puoi limitarti alla conclusione sulla presenza di tali effetti o includere nello scenario la preparazione di soluzioni saline con diverse masse del soluto con la stessa massa di solvente (preparare soluzioni contenenti 50 g di sostanza in 100 g di acqua; 10 g di sostanza in 100 g di acqua), e viceversa, si sperimenta con una quantità costante di un soluto con una massa variabile del solvente; preparazione di soluzioni da sali anidri e loro idrati cristallini e osservazione delle variazioni di temperatura durante la loro dissoluzione. Durante l'esecuzione di tali esperimenti, gli studenti dovrebbero rispondere alle domande "In che modo le variazioni di temperatura differiscono quando si dissolvono quantità uguali di sali anidri e dei loro idrati cristallini? Perché la dissoluzione dei sali anidri avviene con il rilascio di più calore rispetto al caso degli idrati cristallini? e trarre una conclusione su ciò che influenza il segno dell'effetto termico della dissoluzione. A seconda delle finalità e degli obiettivi del lavoro, lo scenario comprenderà più esperimenti o più serie di esperimenti, mentre va tenuto presente che nello spazio virtuale tutto si fa molto più velocemente che in un vero laboratorio, e non richiede molto tempo come potrebbe sembrare a prima vista.

Nel processo di approvazione è necessario valutare e analizzare l'affidabilità del processo e il risultato di un esperimento virtuale rispetto a uno a scala reale, ovvero assicurarsi che la simulazione e i risultati generati di un esperimento virtuale l'esperimento non contraddice la realtà, cioè non ingannerà l'utente.

Le raccomandazioni metodologiche si basano su uno scenario compilato e testato, ma non dobbiamo dimenticare che sono rivolte agli studenti e, oltre a istruzioni e compiti chiari, dovrebbero contenere una descrizione dei risultati attesi associati agli obiettivi fissati, avere riferimenti a materiale teorico ed esempi.

Il risultato della creazione di un lavoro di laboratorio virtuale è la sua implementazione nel processo di apprendimento, che porta ad un aumento della qualità dell'acquisizione delle conoscenze e della padronanza delle competenze pertinenti. Esistono diversi metodi per "incorporare" il lavoro di laboratorio virtuale in chimica nel processo educativo dell'università.Quando si studia nuovo materiale per una migliore comprensione e sviluppo, a nostro avviso, è consigliabile condurre un breve lavoro di laboratorio virtuale per aggiornare le conoscenze o per dimostrare i fenomeni oggetto di studio, che creano condizioni oggettive per l'attuazione di forme di apprendimento attive e interattive, come richiesto dall'attuale standard educativo. In questo caso, il lavoro di laboratorio virtuale può sostituire il tradizionale esperimento dimostrativo. Inoltre, stiamo valutando la possibilità di utilizzare il lavoro di laboratorio virtuale per consolidare conoscenze e competenze sia in aula che in attività extracurriculari autonome. Un'altra opzione per utilizzare il lavoro di laboratorio virtuale nel processo di insegnamento della chimica è preparare gli studenti per il lavoro di laboratorio su vasta scala. Eseguendo un lavoro di laboratorio virtuale correttamente composto in chimica, gli studenti, in primo luogo, elaborano le abilità per risolvere i problemi di calcolo su questo argomento, in secondo luogo, fissano l'algoritmo e la tecnica per eseguire un esperimento chimico e, in terzo luogo, apprendono gli schemi dei processi chimici con partecipazione attiva al processo di apprendimento.

La metodologia proposta per la creazione di attività di laboratorio virtuale in chimica fornisce agli insegnanti strumenti basati sull'evidenza per lo svolgimento di lezioni di chimica e discipline chimiche in una forma interattiva, combinata con il lavoro extracurriculare al fine di formare e sviluppare le capacità professionali degli studenti.

Revisori:

Rogovaya O. G., dottore in scienze pediatriche, professore, capo del dipartimento di educazione chimica ed ecologica, Università pedagogica statale russa intitolata a A.I. Herzen, San Pietroburgo;

Piotrovskaya K. R., dottore in scienze pediatriche, professore, professore del dipartimento di metodi di insegnamento della matematica e dell'informatica, Università pedagogica statale russa intitolata a A.I. Herzen, San Pietroburgo.

Collegamento bibliografico

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. METODO PER CREARE LAVORI DI LABORATORIO VIRTUALE IN CHIMICA // I problemi moderni della scienza e dell'istruzione. - 2015. - N. 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (data di accesso: 01.02.2020). Portiamo alla vostra attenzione le riviste pubblicate dalla casa editrice "Accademia di Storia Naturale"