Розділи

  • Загальне

    • Нечипуренко П.П.

      ДВНЗ "Криворізький національний університет"

      Система Moodle як засіб формування дослідницьких компетентностей учнів у профільному навчанні хімії

      Одним із шляхів забезпечення стійкого інноваційного розвитку та підвищення якості шкільної хімічної освіти є створення та використання електронних освітніх ресурсів із профільних предметів (електронних посібників, віртуальних лабораторій, освітніх порталів тощо). Це вимагає розроблення навчально-методичних комплектів для профільного навчання хімії на основі комплексного використання сучасних ІКТ навчання, зокрема – системи Moodle.

      Для експериментальної перевірки можливості організації профільного навчання хімії за моделлю «ВНЗ – школа» було створено сайт профільного навчання хімії кафедри хімії та методики її навчання (http://ict-chem.ccjournals.eu), на якому розміщено пілотний спецкурс «Основи кількісного хімічного аналізу».
      Навчання за моделлю «ВНЗ – школа» забезпечує можливість задоволення освітніх потреб учнів за індивідуальними планами і програмами (зокрема, у сільській місцевості, за відсутності достатньої кількості учнів для формування класу) з використанням комбінованого навчання у такий спосіб: 1) учні готуються до проведення навчального дослідження за матеріалами, розміщеними на сайті, отримуючи допуск до виконання лабораторної роботи шляхом тестування у Moodle; 2) вчитель засобами Moodle консультує з питання підготовки до проведення дослідження, опрацювання та оформлення його результатів; 3) учні спільно або самостійно виконують дослідження у хімічній лабораторії ВНЗ або віртуальній лабораторії у Moodle.

      Складовими спецкурсу «Основи кількісного хімічного аналізу», що були розміщені на сайті,  стали:

      • електронний посібник «Основи кількісного хімічного аналізу», який можна розмістити як у вигляді SCORM-пакетів відповідно до окремих розділів курсу, або за допомогою таких ресурсів як  «Сторінка» або  «Книга». Електронний посібник виконує роль джерела теоретичної інформації, необхідної для підготовки учнів до лабораторно-практичної та дослідницької діяльності у межах курсу.
      • глосарій, що містить визначення термінів та формулювання правил, які у основному тексті посібника не були детально висвітлені.  
      • набір тестових завдань, що перевіряють якість засвоєного теоретичного матеріалу, готовність до проведення хімічних експериментів та перевірки рівня сформованості дослідницьких компетентностей учнів.
      • методичні рекомендації до проведення лабораторних робіт з основ кількісного хімічного аналізу, що містили детальний опис ходу виконання лабораторних робіт, які планувались у межах спецкурсу для здійснення у ході натурного або віртуального експерименту, та інтерпретації їх результатів.
      • форум, який забезпечував зворотний зв'язок викладача із учнями та надавав можливість спілкування членів учнівської групи  між собою у зручний для них час.

      Для підтримки профільного навчання хімії в межах спецкурсу «Основи кількісного хімічного аналізу» були задіяні  засоби Moodle: фільтри для створення математичних  формул  і рівнянь, тестових завдань тощо. Також було використано модулі, що не відносились до стандартних модулів Moodle: фільтри для створення хімічних формул і рівнянь (Chemistry editor, EasyChem Equation/Structure Editor, Chemical Structures and Reactions Editor, Easychem Chemistry Filter, Chemdoodle), плагіни для візуалізації 3D-моделей молекул тощо (Jmol, Chemical Structures and Reactions Editor).

      Особливістю даного спецкурсу, реалізованого у системі Moodle, стало активне застосування у навчальному процесі вірутальних хімічних лабораторій.

      Віртуальні або імітаційні лабораторії - це достатньо широкий клас комп'ютерних програм, що моделюють перебіг навчальних експериментів, зокрема з хімії.

      Навчання з використанням віртуальних хімічних лабораторій, коли певна кількість експериментів виконується віртуально або віртуально проводиться підготовка до проведення натурних експериментів у зручний для користувача час (наприклад, вдома), впроваджується у практику уже доволі давно – протягом останніх двох десятиліть.

      Використання віртуальних хімічних лабораторій у спецкурсі «Основи кількісного хімічного аналізу» надало можливість: 1) комп'ютерного моделювання хімічних експериментів, які неможливо, незручно або небезпечно проводити у навчальній лабораторії; 2) підготовки до виконання натурних експериментів; 3) відстеження деяких закономірностей перебігу хімічних та фізико-хімічних процесів, які практично неможливо зафіксувати у натурному експерименті.

      Серед найбільш вагомих переваг при порівнянні віртуальних хімічних лабораторій Т. М. Деркач виділяє:

      • простоту у користуванні (інтуїтивно зрозумілий інтерфейс, застосування технології "drag and drop").
      • доступність (Free Ware статус програми або можливість безкоштовного доступу до неї в онлайн режимі).
      • можливість створення власних або модернізація наявних лабораторних робіт викладачем відповідно до освітніх потреб учнів [1, с. 140-144]. 

      Зі свого боку, ми можемо додатково виділити такі критерії оцінювання якості віртуальних лабораторних робіт:

      • можливості віртуальної лабораторії моделювати широкий спектр об'єктів і процесів, що відбуваються у реальності;
      • можливість впливу користувача на перебіг і результати віртуального експерименту.

      Останній пункт описує ситуацію, коли користувач, що виконує дії з об'єктами віртуальної лабораторії у невірному порядку не отримує результату, а за умови правильної послідовності власних дій одержує вірний, але завжди однаковий результат. Такі віртуальні лабораторії, що представляють собою набір заздалегідь заготовлених анімацій, на нашу думку, обмежені у своєму навчальному призначенні – їх можна застосовувати тільки для відпрацювання певної послідовності дій і виконання спостережень, переважно якісних. Віртуальні лабораторії, що математично моделюють перебіг процесів, можуть бути використані іще і для з'ясовування певних закономірностей, деталізації окремих процесів і явищ. В них користувач може на свій розсуд змінити певні умови проведення досліду і перевірити яким чином це позначиться на його результатах. До того ж, у натурному експерименті дуже рідко вдається виконати усі операції таким чином, щоб усі дані збігались з великою точністю, а у більшості випадків це не є взагалі необхідним [2]. 

      Саме тому для забезпечення формування дослідницьких компетентностей учнів в процесі профільного навчання хімії у системі Moodle, нами були обрані представники віртуальних лабораторій, у яких реалізується математичне моделювання перебігу процесів. Найбільш популярними у сфері хімічної освіти є наступні дві віртуальних лабораторії: Model ChemLab  (розробник: Model Science Software Inc.) та Virtual Lab  (розробник: Chemcollective, Carnegie Mellon University) [4, 5].

      Їх коротку порівняльну характеристику ми наведемо у таблиці 1.

      Таблиця 1. Порівняння віртуальних лабораторій Virtual Lab та ChemLab.

      Критерій Virtual Lab ChemLab
      Доступність Доступна на сайті розробника
      Поширюється вільно за ліцензією CC-BY-NC-ND      		 Безкоштовною є демоверсія з обмеженим набором робіт. Повна версія вимагає оплати.
      Локалізація На сайті розробника інтерфейс програми локалізовано на 12 мовах, які також можна завантажити на локальний ресурс. Версія локалізована розробниками на 3 мовах: англійською, іспанською та французською.
      Можливість розробки власних робіт Присутня. Доступний безкоштовний інструмент розробника - Virtual Lab Authoring Tool Присутня лише у повній версії програми.
      Простота у користуванні Робота із використанням технології "drag and drop". Інтерфейс має нескладне меню, призначення більшості елементів якого інтуїтивно зрозуміле. Робота із використанням технології "drag and drop". Інтерфейс має нескладне меню, призначення більшості елементів якого інтуїивно зрозуміле.
      Області застосування Моделює процеси, що відбуваються у розчинах в температурному інтервалі 0-100°С
      Найдоцільніше дану віртуальну лабораторію використовувати при вивченні аналітичної хімії (основ хімічного аналізу), особливо такого її розділу як титриметричний метод кількісного хімічного аналізу; фізичної хімії (теплові ефекти реакцій у розчинах, вплив температури на встановлення рівноваги), загальної та неорганічної хімії (приготування та склад розчинів, рН розчинів, теорія електролітичної дисоціації та йонні рівноваги у розчинах тощо).      		 Моделює процеси, у яких беруть участь речовини в усіх трьох агрегатних станах у широкому температурному інтервалі.
      Найдоцільніше використовувати при вивченні усіх розділів аналітичної хімії (основ хімічного аналізу); фізичної хімії (теплові ефекти реакцій у розчинах, швидкість хімічної реакції, хімічна рівновага), загальної та неорганічної хімії (приготування та склад розчинів, колігативні властивості розчинів, рН розчинів, теорія електролітичної дисоціації та йонні рівноваги у розчинах тощо).
      Основа моделі Термодинамічні характеристики речовин Розробник роботи задає такі основні параметри моделі як стехіометрію реакції, величину константи рівноваги, тепловий ефект та коефіцієнт швидкості реакції.

      Спеціально для підтримки спецкурсу «Основи кількісного хімічного аналізу» засобами ІКТ у обох розглянутих вище віртуальних лабораторіях було створено репозитарії лабораторних робіт, що моделюють усі заплановані у межах спецкурсу лабораторні роботи. Слід зазначити, що в окремих випадках більш вдалими були моделі створені у ChemLab, у інших - створені у Virtual Lab, що дозволяє зробити висновок про певну взаємодоповнюваність цих програмних продуктів. Але робота з ChemLab вимагає наявності в усіх користувачів локально встановленого програмного продукту, в той час як Virtual Lab надає можливість працювати і в онлайн режимі. Більше того, спеціально для розширення можливостей користувачів працювати із Virtual Lab онлайн у системі Moodle, нами було створено фільтр Vlabembed, що здійснює інтеграцію даної віртуальної лабораторії у систему Moodle [3].

      У результаті проведеної нами роботи можна зробити такі висновки:

      1. Експериментально доведено ефективність організації профільного навчання хімії за моделлю «ВНЗ – школа» з використанням сайту профільного навчання хімії на основі системи Moodle.

      2. Для всебічної підтримки  навчального процесу з хімії необхідно використовувати не лише стандартні модулі системи Moodle, але і додаткові фільтри та плагіни, асортимент яких задовольняє усі потреби розробника курсу і користувачів.

      3. Віртуальні хімічні лабораторії є важливим компонентом у формуванні дослідницьких компетентностей учнів у профільному навчанні хімії.

      4. Перспективним напрямком розвитку системи Moodle є розробка модулів для підтримки віртуальних хімічних лабораторій.

      Список використаних джерел

      1. Деркач Т. М. Інформаційні технології у викладанні хімічних дисциплін : [навчально-методичний посібник для студентів вищих навчальних закладів] / Т. М. Деркач ; М-во освіти і науки України, Дніпропетр. нац. ун-т ім. О. Гончара. – Дніпропетровськ : Видавництво ДНУ, 2008. – 335, [1] с.
      2. Нечипуренко П. П. Деякі аспекти імітації реальних хімічних процесів та систем у віртуальних хімічних лабораторіях / П. П. Нечипуренко // Теорія та методика електронного навчання : збірник наукових праць. – Випуск ІІІ. – Кривий Ріг : Видавничий відділ НМетАУ, 2012. – С. 238-245.
      3. Нечипуренко П.П.  Інтеграція віртуальної хімічної лабораторії Virtual Lab із системою Moodle [Електронний ресурс] / Нечипуренко П.П., Семеріков С.О. // Третя міжнародна науково-практична конференція «MoodleMoot Ukraine 2015». Теорія і практика використання системи управління навчанням Moodle. – 2015. – Режим доступу: http://2015.moodlemoot.in.ua/course/view.php?id=102.
      4. Model ChemLab [Electronic resource] / Model Science Software. – Access mode : http://modelscience.com/products.html
      5. Virtual Lab [Electronic resource] / ChemCollective. – Access mode : http://chemcollective.org/vlabs