Россия
В эпоху глобализации и новой информационной реальности – информационной эры –огромное значение приобретает модернизация системы высшего образования с целью внедрения новых подходов к организации образовательной деятельности. Появление доступных информационных технологий позволяет обучающимся получать образование вне стен учебного заведения, что стало причиной появления новой формы изучения материала – дистанционного обучения. Спрос на дистанционное обучение возрастает с каждым годом, и технологии для развития дистанционного обучения, как предполагается, будут актуальны в будущем. Широкое распространение в режиме дистанционного обучения, особенно в технических и химических университетах, получили виртуальные лаборатории. Безопасность проведения экспериментов, наглядность, отсутствие значительных затрат на оборудование, возможность проведения повторных экспериментов и быстрого анализа результатов, отсутствие привязки к расписанию занятий и возможность проводить эксперименты в любое удобное для обучаемого время, а также – при необходимости – широкий охват обучающихся с разным уровнем подготовки – несомненные преимущества данного ресурса. Выполнен сравнительный анализ российских и зарубежных виртуальных лабораторий и справочных электронных ресурсов, находящихся в свободном доступе и выступающих в качестве инструмента дистанционного обучения в технических университетах. Отмечается необходимость совершенствования реализации функциональных элементов, повышающих интерактивность виртуальной лаборатории или информационного ресурса.
дистанционное обучение, виртуальные лаборатории, информационные технологии, интернет-ресурс, интерфейс, образовательный электронный ресурс
Введение Использование информационных технологий привело к тому, что одной из ведущих со-ставляющих обучения становится информационное обеспечение, которое может быть представ-лено автоматизированными обучающими системами, электронными учебниками, электронными учебно-методическими комплексами с сопровождением в виде методического руководства, ко-торое позволит обучающемуся самостоятельно достигнуть поставленных образовательных целей [1]. В образовательной среде с появлением и развитием информационных технологий возникли новые требования к результатам обучения, активно идет поиск технологий, адекватных образовательным запросам современного общества. Одним из основных познавательных компонентов университетского химического иссле-дования является лабораторная работа. Значение опытов в процессе обучения сложно переоце-нить. Процесс обучения происходит наиболее эффективно, когда обучающийся проходит через 4 последовательных этапа: 1 – получение опыта; 2 – наблюдение и размышление; 3 – анализ и формирование абстрактных образов в процессе мышления; 4 – обобщение и выводы [2]. Ла-бораторные работы лучше всего подходят для осуществления данной концепции. Химическая лаборатория является местом повышенной опасности. Кроме того, проведение химических опытов является весьма дорогостоящим занятием (траты на реактивы, обо-рудование), и, как правило, лаборатории не снабжаются оборудованием в достаточной мере. Преподаватели могут избегать использования лабораторий по ряду различных причин: в силу сомнений в безопасном проведении опыта, отсутствия необходимой подготовки и навыков в реализации опыта, а также недостатка времени при проведении экспериментов. Поэтому возникает необходимость поиска альтернативных решений в обеспечении химических лабо-раторных исследований. Сравнительный анализ виртуальных лабораторий в контексте дистанционного об-разования Использование виртуальных лабораторий имеет массу преимуществ: позволяет проводить эксперименты в любое время, чувствовать себя безопасно и комфортно при проведении опасных экспериментов, видеть все детали экспериментального процесса и принимать активное участие в проведении опытов. Кроме того, виртуальные лаборатории позволяют взаимодействовать с обучающимся дистанционно и создают возможность бесплатного проведения дорогостоящих экспериментов. На базе виртуальных лабораторий студенты имеют возможность проводить по-вторные опыты до тех пор, пока полностью не будут удовлетворены результатами эксперимен-та. Удобнее всего применять данный тип лабораторных работ на уровне средней школы и об-щих химических курсов университетов, где лабораторный курс в рамках обучающей программы охватывает большой поток обучающихся, позволяя им получить знания и отработать основы техники безопасности при работе в лаборатории. Потоковость снижает уровень получения зна-ний в реальных лабораториях, т. к. в этом случае физически невозможно применить индивиду-альный подход к каждому студенту, а виртуальные лаборатории могут помочь решить эту про-блему, а также решить задачу точной оценки уровня знаний обучающихся. Результаты исследо-ваний подтверждают, что уровень знаний студентов, проходивших обучение в виртуальных ла-бораториях, значительно выше, чем у студентов контрольной группы, которые обучались в ре-альных лабораториях, т. к. студенты, проводившие эксперименты в виртуальной реальности, фокусировались на экспериментальном процессе, а не на оборудовании и инструментах, как в случае с реальными лабораториями, и более внимательно следили за процессом. Внешние воз-действия, такие как нехватка экспериментального оборудования и инструментов, ограниченное время для занятий, а также необходимость соблюдения техники безопасности при проведении экспериментов, не позволяют учащимся в полной мере сконцентрироваться на получении знаний и быть активными в процессе обучения [3]. В ходе исследования были проанализированы виртуальные лаборатории, которые находят-ся в свободном или относительно свободном доступе (регистрация, скачивание дополнительных приложений для визуализации и т. д.) в сети Интернет, на предмет их функциональности. При проведении сравнительного анализа были рассмотрены открытые образовательные ресурсы, предоставляющие доступ к виртуальным химическим лабораториям. Данные ресурсы содержат образовательный материал школьного и университетского уровней. Объектами анали-за являлись виртуальные лаборатории, предоставленные платформами разных стран мира. Для оценки качества виртуальных химических лабораторий была использована методика, построенная на балльной системе, в которой каждый из параметров оценивается по шкале от 0 до 2: 0 баллов присваивается в случае полного отсутствия оцениваемого параметра; 1 балл присваивается в случае его частичной реализации; 2 балла присваивается в случае полной реа-лизации параметра. Результаты сравнительного анализа виртуальных химических лабораторий приведены в табл. 1 Название ресурса Виртуальная образова-тельная лаборатория VirtuLab Американ-ская ассоци-ация препо-давателей химии The Chemistry Collective СhemReax PraxiLabs labster Virtual Chemistry Experiments University Davidson Virtual Chemistry the University of Oxford Interactive Chemistry the University of Colorado WOLFRAM Demonstrations Project Сумма баллов Сайт http://www. virtulab.net/ http://www. virtulab.net/ http://chemcollective.org/ https://www. sciencebysimulation.com https://praxilabs.com https://www.labster.com https://www. chm.davidson.edu http://www. chem.ox.ac.uk/ https://phet. colorado.edu https://demonstrations.wolfram.com Параметры 1 Функциональность Средства обратной связи 0 2 2 0 2 2 0 1 2 2 13 Окно поиска по сайту 0 2 2 0 1 2 0 0 2 2 11 Гиперссылки 0 2 2 0 0 2 2 2 0 2 12 2 Структура интерфейса Иерархическая стуктура 2 2 2 0 2 2 2 1 0 1 13 Соответствие картинки и описания 1 2 2 1 2 1 1 2 2 2 17 Отображение последовательной структуры лабораторной работы 2 1 1 0 2 2 1 1 2 2 13 3 Оформление интерфейса Цветовое решение 1 2 2 1 2 2 0 0 1 1 12 Читаемость текстов на предложенном фоне 1 2 2 1 2 2 1 0 1 2 14 Согласованность шрифтов в заголовках, текстах, кнопках 1 1 1 0 2 2 1 1 2 2 13 4 Содержательные характеристики Представление сайта (общее описание, цели, задачи) 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 18 Руководство по использованию сайта 1 1 2 2 2 2 0 1 1 2 14 Междисциплинарный подход 1 1 0 0 2 2 0 2 2 2 12 Отсутствие необходимости подключения вспомогательных приложений 2 2 2 2 2 2 0 0 2 2 14 Отсутствие необходимости регистрации (свободный доступ) 2 0 2 2 1 0 2 2 2 2 16 Интерактивность сайта (наличие виртуального лабораторного стенда) 2 1 2 0 2 1 1 1 2 1 14 Вспомогательные элементы обучения (тесты, задачи) 2 2 2 1 2 2 2 2 0 1 16 Целостность курса по химии(наличие разделов неорганическая, органическая, квантовая, физическая итд) 1 2 2 1 2 2 2 1 1 2 15 Cумма баллов 20 26 30 13 30 1 16 19 24 30 Среди выбранных параметров в большинстве сравниваемых ресурсов реализованы следующие: – соответствие картинки и описания – 17 баллов из 20; – представление сайта (общее описание, цели, задачи) – 18 баллов из 20; – отсутствие необходимости регистрации – 17 баллов из 20. По среднему количеству набранных баллов наилучший результат у содержательных ха-рактеристик сайта: в среднем на один показатель приходится 15 баллов из 20 возможных. Наименьшее количество баллов набрали такие параметры, как «Окно поиска», «Гиперссылки», «Цветовое решение» и «Междисциплинарный подход». В целом довольно слабо реализованы параметры функциональности: на один показатель приходится в среднем 11,7 баллов из 20 возможных. Среди анализируемых интернет-ресурсов лучшим по количеству реализованных в полном объеме параметров оказались сайты The Chemistry Collective, PraxiLabs и WOLFRAM Demonstrations Project, которые набрали 30 из 34 возможных баллов. Ресурс The Chemistry Collective предоставляет доступ к различным лабораторным работам по всем разделам химии, а также позволяет преподавателям химии не только использовать го-товые виртуальные лабораторные работы и задания, но и вносить изменения и создавать на этой платформе собственные, соответствующие специфическим целям обучения в конкретном уни-верситете [4]. Данный ресурс позволяет знакомить обучающихся с лабораторными работами по физической химии и подключает в процессе выполнения дополнительные вспомогательные элементы, такие как графики и решение задач, что встречается достаточно редко в виртуальных лабораториях. Виртуальный имитатор использует термодинамические свойства химических со-единений (стандартную энтальпию образования, стандартную энтропию, плотность и теплоем-кость) для определения констант равновесия и энтальпии реакций; однако все реакции «дости-гают равновесия» за очень короткое время, что позволяет не ждать стабилизации реакции, в от-личие от реальных лабораторных условий. Таким образом, как готовые, так и создаваемые ла-бораторные работы могут включать задания по растворимости, равновесию, окислительно-восстановительным и кислотно-основным реакциям, термохимии. PraxiLabs, набравший 30 баллов из 34 возможных, предоставляет открытый доступ к высокографичной лаборатории. Данный ресурс подходит для лабораторных работ различных типов, при выполнении которых затрачивается много реактивов, и позволяет освоить порядок действий в лаборатории. Однако этот ресурс требует регистрации, что, тем не менее, не осложняет доступа [5]. Одним из лидеров по количеству баллов является многоотраслевой ресурс Wolfram Demonstrations Project, набравший 30 из 34 оценочных баллов. Цель ресурса – визуализировать сложные научные концепции для широкой аудитории, а также донести передовые идеи. Особен-ностью данного проекта является то, что ресурс имеет открытый код, который использует дина-мические вычисления для освещения научных исследований в различных областях техники, ма-тематики, химии, финансов и многих других. Демонстрации выполняются в приложении Mathematica 6, которое является бесплатной модифицированной версией Wolfram Mathematica. Приложение состоит из простого пользовательского интерфейса для графики или визуализации, который динамически пересчитывается в ответ на действия пользователя, такие как перемещение, нажатие кнопки или перетаскивание графического фрагмента. Каждая демонстрация содержит краткое описание концепции и ее реализацию [6]. Сотрудники Wolfram Research просматривают и редактируют демонстрации, которые могут быть созданы любым пользователем платформы Mathematica, а затем свободно опубликованы и загружены. Среди русскоязычных интернет-ресурсов лучшим оказался VirtuLab. Данный сайт набрал 20 баллов из 34. Платформа основана на коллекции интерактивных научных роликов, выпол-ненных при помощи мультимедийного веб-приложения. Приложение представлено практиче-скими работами по общей, органической и неорганической химии в двух- и трехмерной графи-ке. Эксперименты на данной образовательной платформе соответствуют школьной образовательной программе по направлениям «Физика», «Химия», «Биология» и «Экология». Внутри блоки разделены на более узкие тематические подразделы. Однако не очень обширный набор лабораторных работ не позволяет данному ресурсу в полной мере конкурировать с другими аналогичными ресурсами [7]. Наименьшее количество баллов – 13 из 34 возможных – набрал интернет-портал ChemReax, в котором практически отсутствуют параметры содержательных характеристик и функциональности [8]. Отдельным модулем в обучении химии выступают открытые образовательные электрон-ные ресурсы, которые реализуют разные варианты обучения: с элементами очного обучения; отражение и объяснение результатов, полученных в исследованиях других ученых, и пр. Открытые образовательные электронные ресурсы в настоящий момент достаточно рас-пространены. По мнению исследователей, онлайн-образование повысило уровень обучения, студенты могут учиться наиболее эффективно, когда они работают индивидуально [9]. В дистанционном обучении большую роль играют информационные ресурсы. А выбор правильного информационного ресурса – сложная задача. Сравнительный анализ образовательных информационных и справочных ресурсов Для проведения сравнительного анализа были рассмотрены открытые образовательные ре-сурсы, включающие темы по химии, зеленой химии и химической технологии. Данные ресурсы содержат знания школьного, университетского и профессионального уровней. Объектами анализа являются как российские, так и зарубежные интернет-ресурсы. Все электронно-образовательные ресурсы поддерживаются проектом Федерального центра информационно-образовательных ресурсов, деятельность которого заключается в распространении материалов и образовательных сервисов для всех уровней и ступеней образования. Участвующие в сравнительном анализе зарубежные англоязычные интернет-издания включены в список рекомендованных по направлению «Зеленая химия», которое было создано 1998 г. Центром зеленой химии в университете Йорка при финансировании со стороны Королевского общества химии. Для оценки качества образовательных программ автором была предложена методика, ос-нованная на балльной системе, в которой каждый из параметров оценивается по шкале от 0 до 2, где 0 баллов присваивается в случае полного отсутствия оцениваемого параметра, 1 балл – в случае его частичной реализации, 2 балла – в случае полной реализации параметра. Результаты сравнительного анализа российских и зарубежных образовательных интернет-ресурсов приведены в табл. 2 и 3. Таблица 2 Результаты сравнительного анализа российских электронных ресурсов Интернет-ресурс HimHelp.ru химический сервер: учебные и справочные материалы Химия в интересах устойчивого развития – зеленая химия Справочник химии 21 века «Я иду на урок химии» Химический портал Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.himhelp.ru www.greenchemistry.ru www.chem21.ru him.1sept.ru/urok/ www.chemport.ru school-collection.edu.ru/ Функциональность Форум 0 0 0 0 2 0 Видимый счетчик посещаемости 0 0 0 0 2 2 Средства обратной связи 1 1 0 1 2 2 Окно поиска по сайту 2 0 2 1 1 2 Гиперссылки 0 0 2 0 0 1 Дополнительные интерактивные инструменты 1 1 0 0 0 2 Структура интерфейса Иерархическая структура 2 2 2 2 1 2 Отображение структуры подчиненности 2 2 1 2 0 2 Оформление интерфейса Цветовое решение 1 1 1 0 1 2 Читаемость текста на пред-ложенном фоне 2 1 1 1 0 2 Согласованность шрифтов в заго-ловках, текстах и кнопках 2 1 1 1 0 1 Окончание табл. 2 Результаты сравнительного анализа российских электронных ресурсов Интернет-ресурс HimHelp.ru химический сервер: учебные и справочные материалы Химия в интересах устойчивого развития – зеленая химия Справочник химии 21 века «Я иду на урок химии» Химический портал Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов www.himhelp.ru www.greenchemistry.ru www.chem21.ru him.1sept.ru/urok/ www.chemport.ru school-collection.edu.ru/ Содержательные характеристики Представление сайта 0 2 1 1 0 2 Руководство по сайту 0 0 0 0 0 0 Междисципли нарный подход 1 1 1 0 1 1 Взаимосвязь локального и глобального 2 1 0 0 1 1 Сумма баллов 16 13 12 9 11 22 Таблица 3 Результаты сравнительного анализа иностранных электронных ресурсов Интернет-ресурс Open Educational Resources by School: Chemistry Open Educational Resources by Subject Disciplines Common Open Educa-tional Resources Open Educational Resources (OER) Chemistry for life csub.libguides.com libguides.wccnet.edu/ www.oercommons.org mtsac.libguides.com www.acs.org Функциональность Форум 0 0 2 0 0 Видимый счетчик посе-щаемости 0 0 0 0 0 Средства обратной связи 2 1 2 1 1 Окно поиска по сайту 2 2 2 2 1 Гиперссылки 2 0 2 2 0 Дополнительные интер-активные инструменты 2 2 2 2 1 Структура интерфейса Иерархическая структура 1 2 2 2 2 Отображение структуры подчиненности 0 1 2 0 1 Оформление интерфейса Цветовое решение 1 1 2 1 2 Читаемость текста на предложенном фоне 2 2 2 2 2 Согласованность шриф-тов в заголовках, текстах и кнопках 2 2 2 0 2 Содержательные характеристики Представление сайта 2 1 2 2 2 Руководство по сайту 2 0 1 0 2 Междисциплинарный подход 1 1 2 2 1 Взаимосвязь локального и глобального 1 1 1 2 1 Сумма баллов 20 16 26 18 18 Среди выбранных для сравнения параметров оценки качества в большинстве сравниваемых ресурсов реализованы следующие: «Иерархическая структура» – 20 баллов из 22, «Окно поиска по сайту» – 17 баллов из 22, «Читаемость тестов на предложенном фоне» – 17 баллов из 22. По среднему количеству набранных баллов наилучший результат у параметра «Структура интерфейса». В среднем на один показатель приходится 13 баллов из 22 возможных. Наименьшее количество баллов набрали параметры «Форум», «Видимый счетчик посе-щаемости» и «Руководство по использованию сайта». В среднем довольно слабо реализованы показатели функциональности образовательных электронных ресурсов. Среди проанализированных ресурсов лучшим по количеству реализованных в полном объеме параметров оказался англоязычный сайт «Открытые образовательные ресурсы» [10], набравший 26 баллов из 30 возможных. Ресурс оказался лидером сразу по функциональности, элементам структуры интерфейса, оформлению интерфейса. Однако на сайте не реализован ви-димый счетчик посещаемости. Среди русскоязычных электронных ресурсов лучшим оказалась «Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов» [11]. Данный сайт набрал 22 балла из 30 возможных. Наименьшее количество баллов – 9 из 30 – набрал интернет-портал для русскоязычных пользователей «Я иду на урок химии», в котором практически отсутствуют показатели содер-жательных характеристик и функциональности [12]. Заключение Для реализации качественного дистанционного обучения важную роль играет выбор об-разовательных информационных и справочных ресурсов. Принимая во внимание представлен-ные выше результаты сравнительного анализа виртуальных лабораторий, целесообразно сделать акцент на необходимости эффективной реализации функциональных элементов, повышающих интерактивность ресурса, а в качестве образца в плане качества структуры и оформления ин-терфейса, уровня содержания можно принять The Chemistry Collective, PraxiLabs и WOLFRAM Demonstrations Project. Что касается образовательных справочных и информационных ресурсов по химии, следу-ет отметить важность реализации функциональных элементов, повышающих интерактивность сайта, а в качестве образца принять англоязычный справочный портал Open Educational Resources, отличающийся высоким качеством структуры и оформления интерфейса, уровнем содержательных характеристик.
1. Юдина Н. А. Информационно-технологическое обеспечение учебного процесса в высшем образовании // Междунар. журн. гуманитар. и естеств. наук. 2018. № 3. С. 1-3.
2. Kolb D. A., Boyatzis R. E., Mainemelis C. Experiential learning theory: Previous research and new directions // Perspectives on thinking, learning, and cognitive styles. NewYork, 2001. P. 227-247.
3. Usal M., Albayrak M. İnteraktif Web Tabanlı İşbirliği Yapan Sanal Laboratuarların Eğitimde Rolü Ve Önemi // International Educational Technology Symposium. Sakarya-Turkey, 2004. P. 558-565.
4. Online Resources for Teaching and Learning Chemistry. URL: http://chemcollective.org/vlabs (дата обращения: 11.08.2020).
5. Virtual Lab, Simulations of Science, Praxilab. URL: https://praxilabs.com/ (дата обращения: 20.08.2020).
6. Wolfram Demonstrations Project. URL: https://demonstrations.wolfram.com/search.html?query=labs (дата обращения: 12.08.2020).
7. VirtuLab. Виртуальная физика, биология, химия, экология. URL: http://www.virtulab.net/ (дата обращения: 05.06.2020).
8. ChemReaX: Chemical Reaction Simulator. URL: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Ancillary_Materials/Interactive_Applications/ChemReaX%3A_Chemical_Reaction_Simulator (дата обращения: 12.08.2020).
9. Горева О. М., Осипова Л. Б. Современное состояние дистанционного образования в российском вузе // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 2-1. С. 630.
10. COMMONS: Open educational resources. URL: https://www.oercommons.org/ (дата обращения: 12.08.2020).
11. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов URL: www.school-collection.edu.ru (дата обращения: 13.08.2020).
12. Я иду на урок химии: интернет-портал. URL: https://him.1sept.ru/urok/ (дата обращения: 13.08.2020).
