«Использование современного цифрового оборудования на уроках химии как необходимое условие повышения качества образования»
статья по химии (8, 9, 10, 11 класс)

Методическая разработка.

«Использование современного цифрового оборудования на уроках химии как необходимое условие повышения качества образования».

Аннотация. В работе рассматриваются возможности применения цифровой лаборатории  для развития исследовательских навыков у учашихся. Показано, что использование на занятиях цифровой лаборатории позволяет формировать у учащихся навыки исследовательской деятельности, что повышает эффективность обучения и способствует достижению современных образовательных целей. Лабораторные работы способствуют развитию исследовательской компетентности обучающихся и позволяют учителю сформировать опыт творческой деятельности школьников в процессе экспериментальной работы.

Тезисы.

Современное школьное образование реализует стандарты нового поколения, методологической основой, которого является системно-деятельностный подход в обучении. Организуя деятельность обучающихся, учителя-предметники решают одну из важнейших образовательных задач - использование цифрового оборудования как средства вовлечения школьников в экспериментальную исследовательскую деятельность.

С целью эффективного решения этой задачи в процессе обучения химии учителю необходимо наличие оригинальной системы заданий для выполнения лабораторных работ исследовательского характера. При конструировании такой системы заданий используется цифровое оборудование. Важно, что в процессе учебного исследования обучающиеся осуществляют «переоткрытие» уже открытого теоретического знания в науке,  поэтому цифровое оборудование используется, как средство исследовательской деятельности и новый прием организации творческой деятельности.

Известно, что использование элементов исследовательской деятельности позволяет учителю создать условия для организации и управления его самостоятельной познавательной деятельности по приобретению новых знаний и формирования собственного опыта творческой деятельности [3]. 

При проведении лабораторных работ задания исследовательского характера с использованием цифрового оборудования вызывают усиленный интерес у учащихся, что приводит к мотивированному получению новой информации, глубокому и прочному усвоению учебного материала, способствует приобретению новых исследовательских умений. В ходе выполнения лабораторных работ, важно чтобы школьники умели обращаться с лабораторным оборудованием и владели приемами проведения экспериментальной работы. Поэтому на этапе становления исследовательской деятельности в ходе лабораторных работ учитель проводит специальный тренинг по обучению приемам применения лабораторного оборудования, техники безопасности при работе с оборудованием и реактивами, и особо обращает внимание на возможности цифрового оборудования как средства более эффективного получения результата в процессе экспериментальной работы.

В ходе применения цифрового оборудования развиваются качества личности, значимые для определения будущей профессии обучающихся, и развития стойкого интереса к естественно-научному познанию, учебно-исследовательской и проектной деятельности.

В методической литературе химический эксперимент определяется как источник знания о химических веществах и химической реакции. В практике обучения химии химический эксперимент рассматривается как важное условие активизации познавательной деятельности учащихся, воспитания устойчивого интереса к предмету, а также представлений о практическом применении химических знаний, что позволяет увлечь учащихся химической наукой и развивать умения школьников применять теоретические знания на практике.  Таким образом дети осознают важное правило приобретения опыта творческой деятельности. Они понимают, что только опытным путем можно подтвердить или опровергнуть гипотезу, возникшую при наблюдении. Эксперимент - это путь превращения знаний в убеждения.

В методике обучения химии химический эксперимент выступает как объект изучения и как средство обучения химии. Методика применения химического эксперимента на традиционных уроках химии достаточно хорошо исследована и разработана учеными-методистами. Однако в настоящее время в процессе использования новых приемов обучения у ученых-методистов и учителей практиков возникает повышенный интерес к проблеме использования химического эксперимента в образовательной деятельности. Это связано с тем, что появляется новое современное цифровое оборудование, происходит изменение содержания учебного материала. Реализация принципа деятельностного обучения предполагает включение в учебный процесс пропедевтических и элективных курсов. Все это требует поиска новых методических приемов реализации новых требований в образовании, их апробации в практической деятельности и создания нового педагогического опыта.

Традиционно на уроках химии используется демонстрация опытов и выполнение школьниками стандартных, предусмотренных школьной программой опытов, которые недостаточно эффективно стимулируют творческую работу учащихся на уроках. Поэтому важно увеличить объем заданий, которые носят исследовательский и проблемный характер, стимулируют экспериментальную деятельность обучающихся [2].

Многие авторы публикаций по применению в практике работы цифрового оборудования предлагают готовые практические работы с использованием электронных датчиков. Но эти рекомендации либо требуют большого количества времени для проведения лабораторных работ, либо предлагают задания повышенного уровня сложности, проведения которых возможно только во внеурочной деятельности. Учителю химию важно иметь механизм, доступный для каждого школьника в процессе организации исследовательской работы с цифровым оборудованием, непосредственно на уроке. У учителя есть возможность в практике работы со школьниками использовать два варианта проведения опытов обучающимися на уроке: 1) лабораторный опыт; 2) практическая работа.

Лабораторный опыт занимает небольшую часть урока, направлен на введение понятий, на иллюстрирование введенных понятий, на наполнение фактами, примерами и несет обучающий характер. Практическая работа, в отличии от лабораторного опыта, занимает весь урок и направлена на подготовку школьников к применению новых знаний и нового опыта деятельности в знакомой и новой учебных ситуациях. Как правило, результаты деятельности школьников в процессе практической работы оцениваются учителем.

Авторская методика использования цифровых датчиков на уроках химии, как необходимого условия повышения качества образования предполагает систему заданий исследовательского и проблемного содержания на основе работы цифровой лаборатории.

Цифровая лаборатория – это реальное учебное оборудование с цифровыми датчиками, сигнал с которых поступает на компьютер и обрабатывается соответствующей программой. Из чего состоит лаборатория: ноутбук, цифровые датчики и ПО.

Цифровое учебно-лабораторное оборудование обеспечивает автоматизированный сбор и обработку данных, позволяет отображать ход эксперимента в виде графиков, таблиц, показаний приборов. Проведенные эксперименты могут сохраняться в реальном масштабе времени и воспроизводиться синхронно с их видеозаписью.

Преимущества современного цифрового учебно-лабораторного оборудования: позволяют производить измерения различных процессов; производить измерения показателей состояний различных систем; не требуют длительного подготовительного этапа, очень просты в использовании; с ними удобно работать при проведении демонстрации и при проведении лабораторных и практических работ; позволяют проводить количественные измерения.

Перечислим цифровые датчики, которые используются в практике работы учителя химии:

1. Датчик pH
2. Температурные датчики
3. Датчик электропроводности

Рассмотрим особенности использования каждого из цифровых датчиков.

1. Датчик рН предназначен для измерения рН различных объектов. Он позволяет количественно ввести понятие «водородный показатель» и, как следствие, количественно раскрыть понятия «сила электролита», «гидролиз», «константа равновесия».

Работу с датчиками можно начать в 8 классе при знакомстве с индикаторами. Когда возникает вопрос, как определить среду в смесях, имеющих интенсивную окраску: кофе, чай, томатный сок, кока-кола? И провести лабораторный опыт «Кислотность напитков». При выполнении данной работы идет формирование навыков самостоятельной экспериментальной работы исследовательского характера с использованием современного электронного оборудования в виде цифровых датчиков (датчика рН). Выполняемая работа позволит расширить теоретические знания учащихся о кислотах в окружающем нас мире, их значении в составе напитков, а также экспериментальные навыки, для совершенствования которых необходимо будет использовать абсолютно новые виды оборудования При изучении темы «Гидролиз» в 9 классе выполняется лабораторный опыт «Исследование реакции среды» для определения типа гидролиза соли.

2. Температурный датчик предназначен для использования в любой работе по измерению температуры. Диапазон измерений: от - 40 до + 135 ºС.

Температура - одна из самых важных характеристик исследуемых объектов, значит датчик температуры - самый востребованный из датчиков!

Цифровой температурный датчик можно использовать при изучении темы «Химические реакции» в 8 или 9 классе. В результате выполнения, лабораторного опыта «Тепловые эффекты химической реакции» обучающиеся количественно определяют незначительное изменение энергии процесса и делают вывод о типе химической реакции по энергетическому признаку.

3. Датчик электропроводности — позволяет продемонстрировать электролитическую диссоциацию и количественно проследить ее закономерности, а также закономерности ионообменных реакций [1].

Изучение темы «Электролитическая диссоциация» сопровождается исследованием электропроводности веществ с использованием датчика электропроводности на основе которого делается вывод о силе электролита. Лабораторный опыт «Электрическая проводимость веществ». На данном уроке самостоятельная экспериментальная работа потребует от учащихся умений анализировать, обобщать, делать умозаключения, формулировать выводы.

Также в этой теме можно провести работу «Исследование минеральной воды» - эта работа интересна тем, что имеет продолжение. На данном этапе мы определяем только минерализацию (по количественному содержанию солей), в дальнейшем можем определить и качественное содержание солей.

Заключение.  Использование цифрового оборудования, в том числе цифровых датчиков, изменяет подходы к взаимодействию участников образовательного процесса, создает новые возможности образовательной практики как для учителя, так и ученика. 

Учитель в короткий период времени на уроке может организовать полноценную работу школьников в опытно-экспериментальном режиме, создать условия для активной самостоятельной познавательной деятельности обучающихся.

Обучающиеся получают возможность эффективно использовать цифровые датчики при решении учебно-исследовательских задач, выполнения лабораторной работы на уроке, а также могут объективно оценивать результаты своей деятельности на уроке.

Использование инструкций для выполнения лабораторной работы повышает уровень самостоятельности учащихся, позволяет уменьшить их зависимость от объяснения учителя.  В процессе самостоятельной работы обеспечивается развитие внимательности, сосредоточенности, что способствует развитию личностных качеств учащихся. Исследовательские умения, которые развиваются в процессе опытно- экспериментальной работы, способствуют развитию системы предметных знаний о законах и теориях химии и приобретению нового опыта творческой деятельности. Следовательно, обучение на уроках химии с применением цифрового оборудования, целенаправленно ведет за собой развитие практико-ориентированных умений обучающихся.

Таким образом, современные средства призваны помочь учителю в школе: делать по-новому то, что делали всегда; делать то, что не делали раньше и делать то, что без компьютера делать очень сложно.

Литература  

1. Демонстрационный эксперимент с AFSTM. [электронный ресурс]: Методическое пособие для учителя/ Жилин Д.М. – М.: ПКГ «Развитие образовательных систем», 2011. – (CD- ROM).(Дата обращения: 01.06.2021)
2. Лямин А.Н. Обучение химии в современной школе: традиции и инновации, ретроспективы и перспективы. Монография. – Киров: ИРО Кировской области, 2012-329с.
3. Химия с Vernier/ Новоженов В.А. – М.: ПКГ «Развитие образовательных систем», 2012. – 256с.