Вступ

Сучасні інформаційно-комунікативні технології входять в усі сфери життєдіяльності людини, і в освіту зокрема. Сьогодення вимагає нових підходів до навчального процесу, нових методів, форм подання навчальної інформації. Розвиток науки і техніки вимагає від викладача «йти в ногу із часом» та відкривати дітям нові можливості здобуття знань. Нові підходи потрібні і у викладанні хімії та природничих дисциплін в цілому. Одним із таких підходів є використання інформаційно-комунікативних технологій під час навчального процесу. Використання ІКТ у викладанні хімії дозволяє інтенсифікувати освітній процес, прискорити передачу знань і досвіду, спростити розуміння природних процесів а також підвищити якість навчання й освіти.

Однак не всі методичні питання, пов’язані з комп’ютеризацією навчання хімії, розроблені досить детально. Існують «складні для сприйняття» теми, для яких немає розроблених комп’ютерних моделей, які би імітували ці процеси, тому:

Мета цієї роботи: розробити конкретні моделі деяких хімічних об’єктів та явищ, та показати можливість їх використання у процесі вивчення хімії.

Завдання:

- з’ясувати на яких уроках можна використовувати моделювання хімічних об’єктів та явищ, визначити доцільність використання електронних засобів навчання.

- з’ясувати які прикладні програмні засоби можна використовувати для моделювання конкретних хімічних об’єктів та явищ.

- розробити анімовані моделі молекул органічних і неорганічних речовин.

- показати використання цих об’єктів на уроках хімії.

Одним з найбільш ефективних способів використання ІКТ на уроках є застосування інтерактивних моделей. Вони дозволяють імітувати та вивчати різноманітні процеси і явища, проводити віртуальні спостереження за об'єктами, детально розглядати їх будову, функціонування окремих частин. Усе це є істотним доповненням до спостережень і експериментів, що проводяться в природних умовах.

Об’єктом досліджень вибрано моделі молекул та взаємодія між деякими молекулами, механізми деяких реакцій.

Актуальність використання ІКТ у навчально-виховному процесі обумовлено тим, що в комп'ютерних технологіях закладені невичерпні можливості для навчання учнів на якісно новому рівні. Вони надають широкі можливості для розвитку особи учнів і реалізації їх здібностей. Використання анімації і звукового супроводу в повчальних програмах впливають на декілька каналів сприйняття навчаного (аудіальний, кинестетічеській, візуальний), що дозволяє при навчанні враховувати особливості кожного учня. 

Теоретична частина

Інформаційно-комунікаційні технології (ІКТ) та їх роль в освітньому процесі

У даний час спостерігається збільшення впливу медіа-технологій на людину. Особливо це сильно діє на дитину, яка з більшим задоволенням подивиться телевізор, ніж прочитає книгу.

Потужний потік нової інформації, реклами, застосування комп'ютерних технологій на телебаченні, розповсюдження ігрових приставок, електронних іграшок і комп'ютерів надають велику увагу на виховання дитини і його сприйняття навколишнього світу. Істотно змінюється і характер його улюбленої практичної діяльності - гри, змінюються і його улюблені герої і захоплення. Раніше інформацію з будь-якої теми дитина могла отримати за різними каналами: підручник, довідкова література, лекція вчителя, конспект уроку.

Але, сьогодні, з огляду на сучасні реалії, вчитель повинен вносити в навчальний процес нові методи подачі інформації. Виникає питання, навіщо це потрібно. Мозок дитини, налаштований на отримання знань у формі розважальних програм по телебаченню, набагато легше сприйме запропоновану на уроці інформацію за допомогою медіа-засобів.

Вже давно доведено, що кожен учень по-різному освоює нові знання. Раніше вчителям важко було знайти індивідуальний підхід до кожного учня. Тепер же, з використанням комп'ютерних мереж і онлайнових засобів, школи отримали можливість подавати нову інформацію таким чином, щоб задовольнити індивідуальні запити кожного учня.

Необхідно навчити кожну дитину за короткий проміжок часу освоювати, перетворювати і використовувати в практичній діяльності величезні масиви інформації. Дуже важливо організувати процес навчання так, щоб дитина активно, з цікавістю і захопленням працювала на уроці, бачила плоди своєї праці і могла їх оцінити.

Допомогти вчителю у вирішенні цього непростого завдання може поєднання традиційних методів навчання та сучасних інформаційних технологій, у тому числі і комп'ютерних. Адже використання комп'ютера на уроці дозволяє зробити процес навчання мобільним, строго диференційованим та індивідуальним.

Поєднуючи в собі можливості телевізора, відеомагнітофона, книги, калькулятора, будучи універсальною іграшкою, здатною імітувати інші іграшки і самі різні ігри, сучасний комп'ютер разом з тим є для дитини рівноправним партнером, здатним дуже тонко реагувати на його дії і запити, Якого йому так часом не вистачає. З іншого боку, цей метод навчання є досить привабливим і для вчителів: допомагає їм краще оцінити здібності і знання дитини, зрозуміти його, спонукає шукати нові, нетрадиційні форми і методи навчання.

Будь-яка педагогічна технологія - це інформаційна технологія, оскільки основу технологічного процесу навчання складає отримання і перетворення інформації.

Більш вдалим терміном для технологій навчання, що використовують комп'ютер, є використання електронних засобів навчального призначення. Комп'ютерні (нові інформаційні) технології навчання - це процес підготовки і передачі інформації, кого навчають, засобом здійснення яких є комп'ютер.

Напрямки використання електронних засобів навчального призначання на уроках хімії

При навчанні хімії, найбільш природним є використання комп'ютера, виходячи з особливостей хімії як науки. Наприклад, для моделювання хімічних процесів і явищ, лабораторного використання комп'ютера в режимі інтерфейсу, комп'ютерної підтримки процесу викладу навчального матеріалу і контролю його засвоєння. На кожному конкретному уроці можуть бути використані визначені програми, виходячи з цілей уроку, при цьому функції вчителя і комп'ютера різні. Програмні засоби для ефективного застосування в навчальному процесі повинні відповідати курсу хімії профільного навчання, мати високий ступінь наочності, простоту використання, сприяти формуванню загальних навчальних і експериментальних умінь, узагальненню і поглибленню знань і т.д.

Програмна підтримка курсу. Зміст програмних засобів навчального призначення, застосовуваних при навчанні хімії, визначається цілями уроку, змістом і послідовністю подачі навчального матеріалу. У зв'язку з цим, усі програмні засоби використовувані для комп'ютерної підтримки процесу вивчення хімії, можна розділити на програми:

- довідкові посібники по конкретних темах;

- рішення розрахункових і експериментальних задач;

- організація і проведення практичних та лабораторних робіт.

Електронні посібники можуть використовуватись з метою повторення, розширення та закріплення матеріалу, що був вивчений під час уроків, та для самостійного вивчення нового матеріалу.

Електронні(віртуальні) практикуми – електронні збірники практичних (лабораторних) завдань і вправ, віртуальні лабораторії, електронні тренажери, електронні задачники.

Електронні тренажери моделюють реальні ситуації та призначені для вдосконалення техніки виконання окремих дій, а електроні задачники не лише пропонують добірку задач з теми, а й рекомендації до виконання задач та перевірку правильності

Моделювання хімічних процесів. Моделювання хімічних явищ і процесів на комп'ютері – необхідно, насамперед, для вивчення явищ і експериментів, що практично неможливо показати в шкільній лабораторії, але вони можуть бути показані за допомогою комп'ютера. Використання комп'ютерних моделей дозволяє розкрити істотні зв'язки досліджуваного об'єкта, глибше виявити його закономірності, що, у кінцевому рахунку, веде до кращого засвоєння матеріалу. Учень може досліджувати явище, змінюючи параметри, порівнювати отримані результати, аналізувати їх, робити висновки. Наприклад, задаючи різні значення концентрації реагуючих речовин (у програмі, що моделює залежність швидкості хімічної реакції від різних факторів), учень може простежити за зміною обсягу газу, що виділяється, і т.д.

Моделювання технологічних процесів – необхідно для розуміння масштабних хімічних виробництв, демонстрації устаткувань та моделювання принципів їх роботи у виробництві.

Електронні засоби контролю навчальних досягнень учнів – програми, призначені для створення тестових завдань, проведення тестування та фіксації його результатів, наприклад система інтерактивного тестування «Школярик»

Дистанційне навчання – це форма організації навчання з використанням ІКТ, які забезпечують інтерактивну взаємодію викладачів та учнів на різних етапах навчання та самостійну роботу учнів з матеріалами розміщеними в мережі. Така форма навчання забезпечує учню можливість вільного вибору часу, місця та темпу отримання ним навчальних матеріалів, здійснення контролю за навчальними досягненнями.

Однією з форм дистанційного навчання є вебінар. Вебінар – це віртуальний семінар, організований з використанням Інтернет-технологій. Проводиться як телеконференція, у ході якої можуть виступати доповідачі, демонструватися навчальні матеріали, презентації, документи, тощо. Хід вебінару може бути записаний та збережений.

Вибір того чи іншого ППЗ залежить від навчального завдання, яке ставить перед собою учень.

Існуючі недоліки та проблеми застосування ІКТ

• Учні перестають розгорнуто відповідати на запитання, відповідають стисло й лаконічно, програма не спроможна пояснити учню матеріал іншими (доступнішими) словами, тому ППЗ потрібно комбінувати із роботою з учителем.
• Існують багато важливих тем для яких не розроблені нормальні моделі.
• У вчителів недостатньо часу для підготовки до уроку, на якому використовуються комп'ютери;
• При недостатній мотивації до роботи учні часто відволікаються на ігри, музику, перевірку характеристик ПК і т.п;
• Існує ймовірність, що, захопившись застосуванням ІКТ на уроках, учитель перейде від розвивального навчання до наочно-ілюстративних методів.

Практична частина

Доцільність використання електронних засобів навчання

Використовуючи електронні засоби навчання,  учитель самостійно вирішує,  яким чином організувати роботу  учнів, обирає різні прийоми використання електронних засобів навчання, інколи знаходить свої авторські, нові методи. Педагог, обираючи електронний засіб навчального призначення для реалізації своїх методів навчання, не може не враховувати такий важливий аспект, як вікові особливості дитини. Доцільно виділити вимоги, пов'язані із організації в електронних засобах навчання інтуїтивно зрозумілого інтерфейсу і простоти навігації, вільної послідовності і темпу роботи (за винятком роботи з контрольними тестовими завданнями, де час строго регламентується).

Так у 7-9 класах на уроках хімії доцільно використовувати комп'ютерну візуалізацію навчальної інформації, яка передбачає реалізацію можливостей сучасних засобів візуалізації об'єктів, процесів, явищ (як реальних, так і віртуальних), а також їх моделей, представлення їх у динаміці розвитку, в часовому і просторовому русі.

При вивчені теми «Типи хімічних реакцій» учням важко уявити механізми протікання даних реакцій, тому слід використати комп'ютерну візуалізацію механізму руху атомів при протіканні хімічної реакції.

Скріншот динамічної моделі механізмів хімічних реакцій (власна розробка) яка додається у файлі «Типи реакцій .ppsx»

При вивченні тем «Структура атому», «Структура електронних оболонок» можна використовувати динамічну флеш модель електронної будови атому, яка знаходиться на http://www.xumuk.ru/esa/. У цій моделі користувач самостійно задає атом або іон, будову якого хоче бачити.

У 9-11 класах на уроках хімії учням можна доручити самостійне комп'ютерне моделювання досліджуваних об'єктів, їх відносин, явищ, процесів, що протікають як реально, так і віртуально.

Так програма ACD/ChemSketch дозволяє моделювати різні хімічні структури і формули як неорганічні так і органічні. Автоматичне розташування атомів у просторі, виставлення кутів і відстані  між атомами а також створення тривимірної динамічної будови – дозволяє учням не тільки уявити і зрозуміти просторову структуру речовин, але й побудувати нові структури на основі існуючих. Програма самостійно слідкує за валентністю атомів та не дозволяє робити структурних помилок.

         Фрагментарне використовування цієї програми можливе при вивченні будови любих речовин, але більш ефективно це буде на темах «Валентність хімічних елементів», «Явище ізомерії. Структурна ізомерія вуглеводнів.», «Аміак», «Іон амонію».

Приклади моделей молекул вуглеводнів створені учнями 11 класу.

Декілька динамічних моделей (власні розробки) додаються у електронному вигляді.

Існує безліч різноманітних малюнків та просторових моделей молекул, але власноруч створена і прокручена у просторі модель – точно запам’ятається учневі швидко і на довго.

Необхідно зазначити, що використання електронних засобів навчання в освітньому процесі значно впливає на форми та методи подання навчального матеріалу,  характер взаємодії між учнем і педагогом і відповідно на методику проведення занять в цілому. Попри все  інформаційно-комунікаційні технології в жодному разі не замінять традиційні підходи до навчання, хоча й  значно підвищують їх ефективність. Головне для педагога - знайти відповідне місце електронному засобу в навчальному процесі, тобто йти від педагогічного завдання до його вирішення шляхом використання інформаційних технологій їх рішення там, де вони більш ефективні, ніж звичайні педагогічні технології.

Хімія і віртуальна реальність

         При вивченні хімії у школі одним із найбільш складних завдань, що виникають перед вчителем, - це ознайомлення учнів з реальними сучасними досягненнями хімічної науки та їх практичним застосуванням у виробництві або побуті. Складність завдання обумовлена перш за все обмеженими можливостями обладнання шкільних хімічних лабораторій, використанням певних хімічних елементів і сполук, у тому числі й таких, що становлять загрозу здоров’ю учасників навчального процесу. Одним із варіантів вирішення вказаної проблеми є застосування у навчальному процесі так званих віртуальних хімічних лабораторій (ВХЛ).

         Застосування цифрових лабораторій при вивченні окремих тем курсу хімії дозволяє суттєво поповнити перелік засобів унаочнення і проілюструвати теоретичні питання хімічним експериментом.

Багато дослідженнях відзначається значення віртуальних експериментів для хімічного освіти і підкреслюються переваги їх використання. Віртуальні досліди можна застосовувати ознайомлення учнів з технікою виконання експериментів, хімічної посудом і професійним обладнанням перед безпосередньою роботою до лабораторій. Це дозволяє учням краще підготуватися до проведення цих або подібних дослідів у реальної хімічної лабораторії. Необхідно підкреслити особливо, що віртуальні хімічні експерименти безпечні навіть непідготовленим користувачам. Проведення віртуальних експериментів допомогло б учням освоїти навички записи спостережень, складання звітів і інтерпретації даних в лабораторному журналі.

Наочна форма подання навчального матеріалу, висока якість зображення, продумані композиційні рішення з метою уникнення великої кількості текстової інформації, що потрібно «зчитувати» з екрана, панелі і меню, що «вспливають» і не захаращують екран, зручна система навігації, постійний доступ до всіх розділів сприяють кращому засвоєнню матеріалу, роблять урок цікавим і таким, що не викликає надмірного перевантаження учнів. Інформативність та наочність подання візуального матеріалу позитивно впливають на емоційний стан учнів, полегшують сприйняття і створюють додаткові стимули вивчення такого складного предмета як хімія.

Висновки

·         Електронні засоби навчального призначення  слід впроваджувати на уроках хімії  з метою розширення і поглиблення знань з досліджуваної предметної галузі за рахунок можливості моделювання, імітації досліджуваних процесів і явищ, організації експериментально-дослідної діяльності, економії навчального часу.

·         За умови цілеспрямованого але доцільного і систематичного використання електронних засобів навчання в освітньому процесі в поєднанні з традиційними методами навчання значно підвищується ефективність навчання.

·         Інформаційно-комунікаційні технології в жодному разі не замінять традиційні підходи до навчання, хоча й  значно підвищують їх ефективність. Головне для педагога - знайти відповідне місце електронному засобу в навчальному процесі, тобто йти від педагогічного завдання до його вирішення шляхом використання інформаційних технологій їх рішення там, де вони більш ефективні, ніж звичайні педагогічні технології.

·         При недостатній мотивації до роботи учні часто відволікаються на ігри, музику, перевірку характеристик ПК і т.п;