Загальне
Нечипуренко П.П., Мерзликін О.В.
ДВНЗ «Криворізький національний університет»,
Інститут інформаційних технологій і засобів навчання НАПН України
Засоби Moodle для підтримки навчально-дослідницької діяльності у профільному навчанні фізики та хімії
До завдань освітньої галузі «Природознавство» згідно Державного стандарту базової і повної середньої освіти відносяться: засвоєння предметних знань та усвідомлення суті основних законів і закономірностей, що дають змогу зрозуміти перебіг природних явищ і процесів та набуття досвіду практичної та експериментальної діяльності, здатності застосовувати знання у процесі пізнання [2].
У профільній школі вивчення дисциплін природничого циклу передбачає більш повне опанування понять, законів, теорій; використання інноваційних технологій навчання; організацію дослідницької, проектної діяльності; профільної навчальної практики учнів.
Фізичний компонент освітньої галузі «Природознавство» передбачає формування наукового стилю мислення, розвиток здатності пояснювати природні явища і процеси та застосовувати здобуті знання під час розв'язання фізичних задач, удосконалення досвіду провадження експериментальної діяльності.Хімічний компонент передбачає засвоєння учнями знань про речовини та їх перетворення, хімічні закони і методи дослідження.
Для ефективного забезпечення навчальної діяльності з хімії у системі Moodle, необхідна підтримка таких її складових як хімічна мова, та хімічний експеримент.
Хімічна мова представляє собою сукупність хімічної номенклатури, термінології та символіки, правил їх складання, перетворення, тлумачення й оперування ними. Якщо такі компоненти хімічної мови, як хімічна номенклатура та термінологія, можуть бути легко відтворені стандартними засобами передачі текстової інформації, то хімічна символіка, зазвичай, вимагає застосування спеціального програмного забезпечення для якісного відтворення таких своїх складових, як хімічні формули (особливо електронні, структурні та дисплейні), символи запису хімічних рівнянь тощо.
Оскільки однією з найважливіших функцій хімічної мови є функція відображення дійсності, то своє продовження хімічна мова знайшла у моделюванні будови речовини та її структурних елементів – стало можливим здійснення переходу від структурної формули речовини до об'ємної моделі молекули або кристалічної ґратки. Можливість 3D-візуалізації будови молекул або кристалів є виключно важливою для формування в учнів умінь знаходити взаємозв'язок між будовою та властивостями речовин, що є необхідним компонентом у формуванні дослідницьких компетентностей учнів.Використання хімічної символіки неможливо уникнути не лише при створенні тексту або мультимедійного супроводу навчального матеріалу з хімії, але і при створенні тестових завдань для перевірки рівня засвоєння знань з хімії.
Нарешті, найважливіший компонент навчально-дослідницької діяльності - експеримент. Експериментальна діяльність, на нашу думку, повинна бути підтримана у системі Moodle на усіх її етапах, окрім, звісно, проведення натурного експерименту.
У структурі дослідницької діяльності виділяють три етапи – підготовчий, діяльнісний та узагальнювальний [1]. Для кожного з цих етапів було дібрано плагіни Moodle, що забезпечують підтримку дослідницької діяльності. Ми зробили спробу розподілити плагіни Moodle, необхідні для підтримки дослідницької діяльності, за тими етапами, на яких їхнє використання є доцільним і оформити це у вигляді таблиці, а нижче дати стислу характеристику відповідних плагінів.
Плагіни Moodle, що застосовуються на підготовчому та узагальнювальному етапах: на діяльнісному етапі: тільки на узагальнювальному етапі: Formulas question type;
WIRIS quizzes;
WIRIS math;
TinyMCE Mathslate;
Mathslate for Atto;
Reservation;
WizIQ: A Virtual Classroom Plugin;
Realtime Quiz;
Chemistry editor;
Chemical Structures and Reactions Editor;
Jmol;
Open Source Physics;
Virtual Lab;
Java Molecular Editor;
PlagScan; EasyOChem;
STACK;
Search On Math;
GeoGebra;
GroupDocs Document Viewer | Cloud API Version;
GroupDocs Annotation; QuestionTeX format;
EJSApp;
EJSApp Collab Session.
Open Source Physics;
EJSApp;
EJSApp Collab Session;
GroupDocs Document Viewer | Cloud API Version; GroupDocs Annotation;
Live-School;
VlabEmbed
Engagement analytics;
Statistics (Graph Stats).
Formulas question type - плагін, що представляє собою тип питання Moodle з випадковими значеннями і декількома полями для введення відповідей. Поля відповідей можуть бути розміщені в будь-якому місці у питанні, що дає змогу створити питання, які передбачають у якості віддповідей заповнення координат, поліномів і матриць. Даний плагін особливо важливий для створення питань у багатьох галузях математики, фізики та інженерії.
WIRIS quizzes – плагін для Moodle, що полегшує створення і підвищує якість відображення питань, пов'язаних з математикою і природничими науками. Дозволяє легко інтегрувати у питання математичні рівняння різної складності, графіки, а також містить інструменти для статистичної обробки отриманих відповідей.
WIRIS math - візуальний редактор для створення математичних формул та рівнянь будь-якої складності, побудови графіків у 2D або 3D, роботи з матрицями тощо. Охоплює практично усі математичні теми від початкової школи до університету (обчислення, алгебра, геометрія, диференціальні рівняння тощо).
TinyMCE Mathslate - є математичним редактором, який працює в режимі «drag and drop», використовуючи для візуалізації MathJax. Mathslate не залежний від Java і тому може бути використаний у більшій різноманітності браузерів, в тому числі на мобільних пристроях.
Mathslate for Atto - графічний інструмент для побудови математики в Moodle. Цей плагін є додатковим інструментом редактора Atto. Він може бути використаний в якості доповнення або заміни інших математичних редакторів Moodle. Цей плагін залежить від плагіна TinyMCE.
Reservation - цей модуль дозволяє заздалегідь запланувати заходи, розклад лабораторних занять та іспитів, а також інших видів діяльності.
Після того, як подія відбулась, вчитель може надати їй оцінку. Також існує можливість сповіщення учнів електронною поштою.WizIQ: A Virtual Classroom Plugin - дозволяє користувачам Moodle запланувати і створювати онлайн-класи, проводити онлайн-зустрічі, використовуючи віртуальний клас WizIQ. Цей веб-віртуальний клас оснащений інструментами для спільної роботи в режимі реального часу, такими як Live Chat, потокове аудіо і відео до 6 осіб, дошка, екран і спільне використання контенту – документів у форматах .doc, .docx, .pdf, .xls, .xlsx, .ppt, .pptx, PPS, .ppsx, .swf, .flv та YouTube відео. Крім того, адміністратори можуть завантажити звіти про відвідуваність, в той час як студенти з дозволами можуть переглядати / завантажувати записи класу. Після планування та створення класу генерується приватний URL, який діє як постійне посилання для классу і може поширюватися за допомогою електронної пошти, блогів, сайтів соціальних мереж або інших веб-сайтів. Особливостями WizIQ: A Virtual Classroom є робота з технологією Flash, повноекранне відео, управління аудіо/відео для всіх відвідувачів, миттєве відтворення аудіо та відео файлів, відтворення YouTube відео, приватний та груповий чат у режимі реального часу тощо.
Realtime Quiz - тест, що складається з питань із множинним вибором правильної відповіді, із обмеженням часу. Викладач має можливість відслідковувати питання, що були найбільш складними для учнів, виконувати статистичну обробку результатів тестування тощо.
Chemistry editor - додаток до редактору atto, що використовує розширення mhchem до MathJax або TeX фільтрів. Представляє собою зручний інструмент для створення записів фактично усіх найбільш поширених видів хімічних рівнянь: молекулярних, йонних, термохімічних, рівнянь ядерних реакцій та оборотних хімічних процесів. Містить вбудовану періодичну систему хімічних елементів, що полегшує пошук і відтворення символів хімічних елементів та подальше їх редагування, а також набір функцій для створення специфічних елементів хімічних текстів: зарядів йонів, протонного й нуклонного чисел, стрілок тощо. Інтерфейс є зручним та інтуїтивно зрозумілим, процес установки детально розписаний на сторінці завантаження (https://moodle.org/plugins/view/atto_chemistry). Даний плагін не дозволяє створювати і редагувати електронні, структурні та дисплейні хімічні формули.
EasyChem Chemical Structure and Equation Editor – додаток до редактору atto, що дозволяє створювати хімічні формули у форматі HTML. Особливістю даного плагіну є набір готових шаблонів хімічних формул та структур, які розташовані у чотирьох категоріях-вкладках: "Common" –загальні структури та символи, "Rings" – циклічні структури, "Groups" – групи атомів (радикали, частини молекул), "Reactions" – хімічні реакції. Хімічні символи у вікні плагіну відображаються одразу у двох видах: у вигляді рядку символів html-коду та у вигляді об'єкту, що буде відображено на сторінці. Кількість шаблонів є достатньою для задоволення більшості потреб користувача, що створює текст із застосуванням хімічної символіки. Користувач, що не має досвіду у створенні тексту у форматі html, все одно має можливість редагувати створену формулу або структуру, оскільки результат його дій автоматично відображається у тій частині вікна, де знаходиться зображення об'єкту у "готовому вигляді". Також на сайті проекту "easyChem" (http://www.easychem.org/ru/main) є можливість вибору із списку або пошуку структурних формул речовин за брутто-формулою, назвою або їх фрагментами. Даний плагін є універсальним, оскільки дозволяє створювати широкий спектр об'єктів, пов'язаних із записом хімічних рівнянь, формул, в тому числі структурних, як неорганічних, так і органічних сполук. Недоліком є дещо гірша якість структурних формул органічних речовин у порівнянні, наприклад, із Chemical Structures and Reactions Editor, а також неможливість створення об'ємних структур молекул.
Chemical Structures and Reactions Editor – додаток до редактору atto, що використовує програмний пакет MarvinJS компанії-розробника Chemaxon. Плагін дозволяє створювати електронні та структурні формули речовин (включаючи об'ємні їх відображення), переважно органічних молекул, а також схем та рівнянь реакцій за їх участю. Інтерфейс редактора досить простий та інтуїтивно зрозумілий, та співпадає з інтерфейсом редактора хімічних формул MarvinSketch, що може бути використаний як в онлайн режимі на web-сторінках, так і оффлайн-режимі, шляхом встановлення програмного забезпечення на комп'ютері. MarvinJS, як і інші продукти компанії Chemaxon, поширюються безкоштовно за академічною ліцензією, що може бути отримана працівниками наукових та освітніх установ шляхом реєстрації на сайті компанії. (https://moodle.org/plugins/view/atto_structure ; https://www.chemaxon.com/download/marvin-suite/#mjs). Даний плагін і розглянутий вище Chemistry editor доповнюють один одного – використання їх у парі дозволяє створювати хімічні тексти та ілюстрації для підтримки навчального процесу будь-якого з розділів хімії.
Jmol – фільтр для вбудовування інтерактивних 3D-структур молекул, створений на базі розширення JSmol, що написане на мові Java і представляє собою HTML5 JavaScript-додаток для web-сторінок. Дозволяє завантажувати готові файли тривимірних моделей молекул або кристалічних структур та інтегрувати їх у відповідну сторінку навчального модуля.
Open Source Physics - Цей плагін дозволяє завантажувати будь-які додатки EJS, що зберігаються в бібліотеці OSP- Сompadre (http://www.compadre.org/osp) безпосередньо із сторінки курсу Moodle. OSP-Compadre представляє собою цифрову бібліотеку із більш ніж 500 готових до використання моделей (Java (JavaScript) Simulations (EJS)) з фізики та математики, що виграла в 2011 році премію для онлайнових ресурсів в освіті, засновану журналом «Science». При сумісному використанні з плагіном EJSApp, можна не лише отримати доступ, здійснити пошук і завантаження цих ресурсів, а й автоматично додавати їх до ваших курсів Moodle. Моделі можуть бути завантажені або у вигляді Java-аплетів або у форматі JavaScript (який може бути запущений в тому числі і на мобільних пристроях).
VlabEmbed - плагін (фільтр), який надає можливість убудовувати у сторінки курсу Moodle вільнопоширювану віртуальну хімічну лабораторію Virtual Lab (розробник – ChemCollective, Carnegie Mellon University). Віртуальна лабораторія Virtual Lab має можливість моделювати досліди з багатьох розділів хімії: аналітичної, фізичної, біохімії тощо. До складу фільтру входить локалізована на українську мову версія (локалізовано як інтерфейс, так і репозитарій лабораторних робіт). Зараз триває доопрацювання даного плагіну та його реєстрація на сайті Moodle.org. Його попередню версію можна переглянути за посиланням: https://github.com/ssemerikov/moodle-filter_vlabembed.
Java Molecular Editor - тип питання, що вимагає від студента намалювати молекулу у відповідь на питання за допомогою спеціального редактора. Відповідь оцінюється шляхом порівняння створеної формули із зарані заданими відповідями. Цей тип питання використовує аплет Java-JSME, що є молекулярним редактором з відкритим кодом, написаним у JavaScript.
PlagScan - плагін для перевірки на наявність плагіату, що дозволяє відрізнити оригінальні вирази від скопійованих і вставлених у текст. По суті, дозволяє запобігти списуванню студентами як один у одного, так і з зовнішніх джерел.
EasyOChem – проект Карла Леблона (Індіанський Університет Пенсильванії), що представляє собою програмне забезпечення для системи Moodle, для організації інтерактивного навчання та викладання хімії. Зокрема до складу цього програмного забезпечення окремим плагінами входять спеціально розроблені типи тестових завдань, які передбачають роботу з хімічними формулами.
Спеціальними тестовими завданнями в межах цього пакету є:
EasyONewman – тестові завдання для розпізнання та інтерпретації проекцій Ньюмана для органічних молекул, що підтримує різні налаштування для створення та перегляду конформацій молекул у різних перспективах.
Electron Pushing / Curved Arrow (EasyOMech) – завдання для перевірки знань студентів механізмів хімічних реакцій, що полягають у необхідності інтерактивного вибору напрямку переходу електронних пар, радикалів, йонів тощо.
Drag and Drop Naming – тип питань, створений для покращення розуміння правил IUPAC, щодо складання назв органічних сполук. Користувачі повинні перетягувати блоки назви сполуки (корінь, префікси, суфікси тощо), які відповідають її окремим складовим (родоначальному ланцюгові, функціональним групам, замісникам тощо), таким чином, щоб утворилась правильна назва заданої сполуки.
EasyOStructure (EasyOChem 2D/3D-Structure) – тип завдань, який передбачає інтерпретацію та аналіз структурної формули молекули органічної речовини, що надається у спеціальному вікні у площинному або об'ємному відображенні.
EasyOSelect – дозволяє створювати питання із застосуванням структурних формул молекул або схем реакцій, відповіддю на які є вибір окремих атомів, хімічних зв'язків та інших структурних елементів молекул, відповідно до формулювання тексту запитання. Цей плагін вимагає застосування Marvin Applets від Chemaxon.
Fischer Projections – студент повинен створити формулу Фішера для оптично активної органічної сполуки, заданої у даному типі питання, шляхом перетягування атомів або груп атомів у спеціально заготовлений шаблон.
EasyOLewis – дозволяє створювати завдання, у яких від студента вимагається правильно розташувати електронні пари та неспарені електрони у формулі, відповідно до отриманого завдання.
Name to Structure or Reaction (EasyOName) – за допомогою Marvin Applets від Chemaxon необхідно намалювати структуру молекули речовини, або схему реакції, яку було задано.Search On Math - блок Moodle, який дозволяє відправити формули для пошуку в SearchOnMath.com тільки з одним клацанням миші. SearchOnMath дозволяє знаходити веб-сторінки, що містять задану математичну формулу або подібні їй вирази. Це пошукова система для прямого пошуку математичного змісту. Для роботи плагін потребує увімкненого Moodle TeX фільтру.
GeoGebra - Модуль, основними функціями якого є інтеграція діяльності у GeoGebra до системи Moodle, відстеження та зберігання результатів діяльності користувачів. Власне GeoGebra – програма з універсальним набором функцій для повноцінного геометричного проектування. Серед основних її можливостей слід відзначити роботу з координатною сіткою, статистичними або арифметичними операціями, таблицями тощо. GeoGebra дозволяє здійснювати обчислення коренів рівнянь або точок екстремуму та працювати з похідними або інтегралами від функцій. Програма містить безліч інструментів для налаштування зручного проведення математичних дій. Також у GeoGebra реалізована можливість роботи з двовимірними та тривимірними графіками.
EJSApp - Цей плагін дозволяє додавати будь-які Java або JavaScript апплети для проведення віртуальних або віддалених експериментів, створений за допомогою Easy Java(script) Simulations (EJS) до курсів Moodle. Easy Java(script) Simulations (EJS) представляє собою інструмент, призначений для створення дискретних комп'ютерних симуляцій. Протягом останніх кількох років EJS значно допоміг у створенні веб-доступних лабораторій для викладання наукових і технічних дисциплін. Додатково даний плагін має іще такі можливості: контроль доступу користувачів до активних лабораторій; можливість зміни розміру відображення вбудованих аплетів; копіювання і збереження лабораторій, пакування їх резервних копій у курс Moodle.
EJSApp Collab Session - Цей блок дозволяє створення сесій для спільної роботи з Java-аплетами, розробленими у Easy Java(script) Simulations (EJS) і додані до вашого Moodle за допомогою модуля EJSApp.
Даний блок надає можливість організувати взаємодію «студент-студент» або «студент-викладач» у синхронному режимі, що забезпечує миттєвий зворотній зв'язок.
Даний блок містить два основних види компонентів для координації: перший – апплет «session director's»; другий – «invited user's» аплети. «Session director's» відповідає за запуск, моніторинг та закриття спільної роботи. Апплет «Session director's» керує в режимі реального часу віртуальним класом і синхронізує всі аплети учасників (користувачів). Він має список запрошених користувачів, підключених до віртуальної сесії, і може відключити будь-якого користувача у будь-який момент. Аплети запрошених користувачів у перший момент заблоковані і користувач може лише спостерігати у режимі реального часу за діями «Session director's». Таким чином, вдається уникати зіткнення подій, які можуть викликати небажані й безладні результати, при спільній роботі. Користувач, зі свого боку, отримує запрошення і обирає у якій із спільних сесій він хоче брати участь. Користувач припиняє участь у сесії, коли вирішує залишити її або коли «Session director's» відключає його. У першому випадку, користувач може зайти до сесії знову або скористатись будь-яким з інших наявних в даний час запрошень.GroupDocs Document Viewer | Cloud API Version - цей блок інтегрує хмарну версію GroupDocs HTML5 document viewer в проект Moodle. Це дозволяє відображати PDF і Office документи на будь-якій сторінці ваших сайтів Moodle. Використовуючи HTML5 document viewer можна легко вставляти та відображати понад 45 типів документів і зображень з будь-якої веб-сторінки на сайті Moodle. Підтримуються такі формати файлів: PDF і Microsoft Word документи, електронні таблиці Excel, PowerPoint презентації, Visio діаграми, формати OpenDocument, CSV, RTF, TXT, XPS-файли, CAD і растрові зображення. Модуль базується на хмарній API версії GroupDocs.Viewer. Він вимагає розміщення документів на серверах GroupDocs. Серед переваг данного блоку слід відмітити можливість користувача вибирати і копіювати текст в буфер обміну прямо з документів, вбудованих у веб-сторінки; документи, вбудовані у веб-сторінки з GroupDocs.Viewer можна переглядати з будь-якого веб-сумісного пристрою, який має HTML5-complient веб-браузер; користувачі можуть переглядати документи, як слайди, повертаючи сторінки натисканням кнопки. Також є можливості пошуку тексту в документах, збільшенняабо зменшення сторінки, попередній перегляд сторінки з ескізами, друк та завантаження документів.
GroupDocs Annotation - розширення Moodle GroupDocs Annotation дозволяє вбудовувати документи в комплекті з GroupDocs Annotation у сайти Moodle. GroupDocs Annotation – це онлайн додаток для анотування і коментування документів. За допомогою цього потужного інструменту, викладачі та студенти можуть спільно працювати над документами в режимі реального часу, що дозволяє поліпшити комунікацію у процесі навчання, і прискорити перевірку та рецензування. Підключення до студентів швидко і нехай групи ефективно працювати разом. Блок підтримує роботу із найбільш популярними сучасними форматами документів: PDF, PPT, DOC, DOCX тощо. Він може бути використаний для збору відгуків і побажань до тексту, або обговорення текстів та зображень, коли це не можливо зробити при особистій зустрічі.
Live-School - вільнопоширювана уніфікована комунікаційна флеш-платформа, призначена для викладання в режимі реального часу з використанням комунікацій та навчально-методичних посібників, включаючи face to face навчання, навчання у віртуальному класі, конференцію, телефонний режим, факс, SMS текст, спільне використання робочого стола, відео-плеєр, дошку, спільне використання файлів тощо. Live-школа дозволяє з'єднати всі існуючі комунікаційні протоколи легко, в один клік. Live-School включає в себе: 3 рівня інтерфейсу (Адміністратор, викладачі та студенти); 3 типи Audio/CAM класів (HD конференція, класичний клас, face to face); спеціалізовані аудіо та текстовий чат для адміна та викладачів; інтерактивний веб-телефон (Boophone) для адміністратора, викладачів і студентів, щоб відправляти і отримувати по телефону, факсом, електронною поштою, SMS, створити телефонну конференцію тощо; запис конференції в HD, особистих відео з boophone тощо.
За результатами випробування дібраних плагінів зроблено висновки про те, що переважна більшість з них може використовуватись одночасно на підготовчому та узагальнювальному етапах дослідницької діяльності; засоби Moodle доцільно і можливо використовувати на всіх етапах навчально-дослідницької діяльності у профільному навчанні хімії, а комплексна підтримка відповідної діяльності у профільному навчанні фізики іще потребує створення додаткових плагінів (на зразок EasyOChem).
Список використаних джерел
- Мерзликін О. В. Дослідницькі компетентності з фізики старшокласників: структура, рівні, критерії сформованості [Електронний ресурс] / О. В. Мерзликін // Збірник наукових праць Кам'янець-Подільського національного університету. Серія педагогічна (20). – 2014. – Режим доступу до статті: http://lib.iitta.gov.ua/6543/1/Merzlykin_Paper_Kam-Pod_2014.pdf
- Про затвердження Державного стандарту базової і повної загальної середньої освіти : Постанова № 1392 [Електронний ресурс] / Кабінет Міністрів України. – 23 листопада 2011 р. – Режим доступу : http://zakon2.rada.gov.ua/laws/show/1392-2011-п#n9