Використання віртуальної лабораторії Yenka в освітньому процесі при підготовці
Витяг з роботи
ВИКОРИСТАННЯ ВІРТУАЛЬНОЇ ЛАБОРАТОРІЇ «УЕЖА» В ОСВІТНЬОМУ ПРОЦЕСІ ПІДГОТОВЦІ ФАХІВЦІВ ДПС , викладач, к.х.н., , доцент, к.т.н., , курсант, Воронежський інститут і частіше в школах, освітніх закладах СПО та ВНЗ починають набирати популярності віртуальні лабораторії з різних дисциплін. Перед нами постає проблема, як підвищити інтерес тих, хто навчається до хімії. Однією з причин втрати інтересу є непридатність низки традиційно застосовуваних прийомів навчання. Застосування в процесі навчання нових технологій, використання різних мультимедійних засобів значно підвищить пізнавальний інтерес учнів, що сприяє якісному засвоєнню матеріалу, що вивчається. За недостатньої забезпеченості хімічної лабораторії реактивами та відповідним обладнанням, мультимедійні засоби дозволяють наочно зображати хімічні процеси та об'єкти, показують динаміку механізмів хімічних реакцій та технологічні процеси хімічних виробництв. Мультимедійні засоби можуть використовуватися на всіх етапах навчання: на етапі запровадження нового матеріалу, на етапі закріплення, повторення та контролю знань, умінь та навичок учнів.
Кафедра хімії та процесів горіння є єдиною у Воронезькому інституті ДПС МНС України, яка застосовує даний вид подачі практичного матеріалу курсантам, студентам та слухачам. ППС кафедри також використовує віртуальну лабораторію «Уєпка» під час роботи наукового гуртка та підготовки курсантів до олімпіад з хімії різного рівня. То що таке «віртуальна лабораторія»?
За визначенням [1],віртуальна лабораторія «є програмно-апаратний комплекс, що дозволяє проводити досліди без безпосереднього контакту з реальною установкою або за повної відсутності такої. У першому випадку ми маємо справу з так званою лабораторною установкою з віддаленим доступом, до складу якої входить реальна лабораторія, програмно-апаратне забезпечення для керування установкою та оцифрування отриманих даних, а також засоби комунікації. У другому випадку всі процеси моделюються за допомогою комп'ютера. Отже, під віртуальними лабораторіями розуміється два типи програмно-апаратних комплексів:
лабораторна установка з віддаленим доступом - дистанційні лабораторії.
програмне забезпечення, що дозволяє моделювати лабораторні досліди – віртуальні лабораторії.
Основними «плюсами» віртуальної лабораторії є:
1. Відсутність необхідності придбання дорогого обладнання та реактивів. Крім того, в такій галузі, як хімія, крім обладнання, потрібні також витратні матеріали (реактиви), вартість яких досить висока. Зрозуміло, комп'ютерне обладнання та програмне забезпечення також коштує недешево, проте універсальність комп'ютерної техніки та її широка поширеність компенсують цей недолік.
2. Можливість моделювання процесів, перебіг яких принципово неможливий у лабораторних умовах. Наочна візуалізація на екрані комп'ютера. Сучасні комп'ютерні технології дозволяють поспостерігати за процесами, які важко розрізняти в реальних умовах без застосування додаткової техніки, наприклад, через малі розміри спостережуваних частинок.
3. Можливість проникнення в тонкощі процесів та спостереження того, що відбувається в іншому масштабі часу, що актуально для процесів, що протікають зачастки секунди або, навпаки, що тривають протягом кількох років.
4. Безпека. Безпека є важливим плюсом використання віртуальної лабораторії у випадках, де йде робота, наприклад, з високою напругою або хімічними речовинами.
5. У зв'язку з тим, що керуванням віртуального процесу займається комп'ютер, з'являється можливість швидкого проведення серії дослідів з різними значеннями вхідних параметрів, що часто необхідно визначення залежностей вихідних параметрів від вхідних.
6. Економія часу та ресурсів для введення результатів у електронний формат. Деякі роботи вимагають подальшого оброблення досить великих масивів отриманих цифрових даних, які виконуються на комп'ютері після проведення серії експериментів. Слабким місцем у цій послідовності дій під час використання реальної лабораторії є введення отриманої інформації у комп'ютер. У віртуальній лабораторії цей крок відсутній, оскільки дані можуть заноситись до електронної таблиці результатів безпосередньо при виконанні експериментів експериментатором або автоматично. Таким чином, економиться час та значно зменшується відсоток можливих помилок.
7. І, нарешті, окрема та важлива перевага полягає у можливості використання віртуальної лабораторії у дистанційному навчанні, коли в принципі відсутня можливість роботи у лабораторіях ВНЗ.
Лабораторія «Yenka» (ЄНка (Єдиний науковий конструктор)), що застосовується на кафедрі хімії та процесів горіння, — українська версія серії віртуальних лабораторій компанії Crocodile Clips під загальною назвою Yenka. ЄНка - це потужний інструментарій для моделювання явищ і процесів у різних галузях науки та техніки. Експерименти в ЄНКу прості та безпечні, оскільки проводяться ввіртуальний світ. Частина віртуальних лабораторій Yenka перекладена українською мовою та поширюється в Україні Інститутом нових технологій (INT) geci.cn.ua, 15.
В курсі хімії за спеціальностями «Пожежна безпека» та «Техносферна безпека» використовуються віртуальні досліди з двох напрямків: неорганічна хімія та електрохімія.
Лабораторія «Електрохімія» дозволяє проводити комп'ютерне моделювання електролізу, гальваніки та гальванічних осередків. З набору металевих та вуглецевих електродів курсанти вибирають потрібні електроди, з 28 електролітів – потрібний електроліт.
Інформація про хід процесу відображається у вікні «Подробиці реакції». Учні можуть дізнатися, що відбувається на кожному електроді та у всій гальванічній ванні.
У віртуальній лабораторії «Неорганічна хімія» проведення дослідів стає простим та безпечним. Хід реакції можна спостерігати за допомогою графіків, наприклад, ладу залежність рН розчину від об'єму води, що додається.
За допомогою 3D анімації молекулярної структури можна спостерігати механізм реакції. Лабораторія ЄНКу — це не збірка анімацій — це моделювальне середовище, в якому самі учні можуть проводити практично будь-які хімічні експерименти.
Лабораторія ЄНКу — віртуальна, тому робота в ній не тільки безпечна, а й проста. Це само по собі є добрим фактором залучення курсантів та слухачів у дослідницьку діяльність. У лабораторії «Неорганічна хімія» можна спостерігати навіть такі реакції, які у звичайних умовах є недоступними.
Апробація даного досвіду ПКС показала зростання пізнавального інтересу курсантів до реального експерименту після роботи у «віртуальній лабораторії», розвиток їх дослідницьких та експериментаторських навичок:дотримання загальних та специфічних правил безпеки, вибір оптимальних алгоритмів виконання експерименту, вміння спостерігати, виділяти головне, акцентувати увагу на найбільш суттєвих змінах.
1. «Про використання віртуальних лабораторій в освіті» // Відкрита та дистанційна освіта. - 2002. - № 4 (8).