Визиуализация на уроках химии как средство формирования предметных компетенций у обучающихся

Динар ВАЛИУЛЛИН,

учитель химии

МБОУ «Естественно-научный Лицей №95

 г. Казань

Обычно, когда речь заходит об использовании моделей в школьном курсе химии, то прежде всего вспоминают шаростержневые модели молекул или модели установок каких-либо химических производств. Вместе с тем процесс моделирования является одним из основных методов познания в химии, основой структурного подхода к изучению веществ. Непонимание особенностей этого подхода и сути процесса моделирования часто ведет к ошибочной интерпретации научных фактов. [1]

Профильное обучение в настоящее время рассматривается как «…средство дифференциации и индивидуализации обучения, когда за счёт изменений в структуре, содержании и организации образовательного процесса более полно учитываются интересы и склонности учащихся, создаются условия для образования старшеклассников в соответствии с их профессиональными интересами и намерениями в отношении продолжения образования» [2].

Формирование устойчивой познавательной способности школьников является ступенчатым (поэтапным) процессом, важность которого обусловлена перспективной успешностью обучения в профессиональных учебных заведениях в дальнейшем. Одним из этапов такого процесса можно считать способность учащихся к самоорганизации своей деятельности. Важными условиями самоорганизации детей является «организация гомогенных групп учащихся, состоящих из школьников приблизительно одинакового уровня знаний и познавательных способностей» [3]. Решение этих вопросов лежит в плоскости применения современных образовательных технологий.

Виртуальные приложения играют решающую роль в совершенствовании науки, техники и математике (STEM). Исследования в области психологии образования показывают, что использование визуальных приложений на уроке может улучшить эффективность изучения обучающимися материала, по сравнению с текстовыми [5]. Правильное применение визуальных программ моделирования на уроках органической химии позволит существенно упростить объяснение таких разносторонних тем, как «Пространственное строение молекул органических соединений».

На сегодняшний день нет устоявшейся общепринятой точки зрения на место моделирования среди методов познания. Подавляющее большинство источников определяют моделирование как «исследование процессов, явлений и систем объектов через построение и изучение их моделей» [4].  То есть наибольшую сложность представляет проблема определения модели и использование различных моделей на уроках естественно-научного цикла. В связи с этим, в отечественной литературе мало освещается достоинства и недостатки использования визуальных технологий моделирования на уроках органической химии.

Множество мнений исследователей, занимающихся данным вопросом, тем не менее, укладываются в некоторую область, ограниченную двумя полярными определениями. Одно из них рассматривает моделирование как некий вторичный метод. Другое же, наоборот, называет моделирование «главным и основополагающим методом познания».

Стоит отметить, что в научной литературе по химическому образованию подчеркивается важность свободного использования различных визуальных представлений. Кроме того, помимо умения работать с приложением, обучающимся необходимо уметь самостоятельно извлекать необходимую информацию из программ.

Таким образом, нужно заметить, что изучение строения органических соединений через методы моделирования являются одним из важнейших аспектов в формировании предметных компетенций.

Еще одна цель в образовании химии – понять роль исторических визуальных представлений, которые больше не используются экспертами. Поскольку они оказались неточными (например, боровские модели, которые показывают электроны как орбиты ядра). Тем не менее, они остаются важными, поскольку они оказывают значительное влияние на научные открытия в области химии (например, по электростатическим силам).

Трёхмерная графика (3D Graphics, Три измерения изображения) – раздел компьютерной графики, совокупность приемов и инструментов (как программных, так и аппаратных), предназначенных для изображения объёмных объектов. Больше всего применяется для создания изображений на плоскости экрана или листа печатной продукции в архитектурной визуализации, кинематографе, телевидении, компьютерных играх, печатной продукции, образовании, а также в науке и промышленности.

Трёхмерное изображение на плоскости отличается от двумерного тем, что включает построение геометрической проекции трёхмерной модели на плоскость с помощью специализированных программ.

3D моделирование позволит:

• Улучшить восприятие материала
• Сделать сложные материалы более доступными
• Отобразить в 3D процессы, которые нельзя отобразить в 2D
• Внедрить современные процессы работы с трехмерными данными
• Использовать технологии получения и обработки 3D данных (3D сканирование, 3D печать, 3D видео съемка и др.)
• Применение трехмерной графики в процессе обучения технологии поможет решить проблему понимания наглядного материала учениками. Представленные учителем заготовки, изделия, образцы могут быть представлены в пространстве, в натуральную величину, а не изображены на плоскости.
• И естественно это интересно ученикам.

Одним из таких программ, 3D-моделирования является ACD/ChemSketch – мощный универсальный пакет химических программ от ACD/Labs, разработанный, чтобы помочь химикам быстро и легко построить молекулы, написать реакции и схематические диаграммы, рассчитать химические свойства и разработать профессиональные отчеты и презентации.

Данная программа позволяет составить структурные формулы (полные и сокращенные) молекул как органических, так и неорганических веществ, изучить особенности строения, спектральные данные, написать уравнения химических реакций. (рис.1). Отличительная особенность этой программы в том, что построенную молекулу можно просмотреть в 3D формате. Использование этих функций программы позволит учителям сократить время изучения строения органических соединений в условиях базового уровня изучения химии. А также данная программа поможет в обучении учащихся по индивидуальной образовательной траектории.

Рисунок 1. Математические данные из приложения ACD/ChemSketch на примере молекулы бензола

Таким образом, проблема внедрения и использования визуальных программ моделирования на уроках органической химии не нашла достаточного освещения в педагогике и образовательной практике. В связи с этим, обучающиеся смотрят на концептуальные понятия химии через призму терминов и формул не подтверждённых графическими и математическими расчетами.  Различные виды моделирования (ручное и визуальное) помогает в усвоении материала, применении его на практике и формировании соответствующих компетенций.

Использованная литература:

1. Журнал:«Методологические вопросы школьного курса химии» №6, 2004 – Белоруссия.
2. Р.Г.Иванов // Общая методика обучения химии в школе. Москва, 2008 г.
3. П.А.Оржековский Условия самоорганизации учащихся в познавательной деятельности / П.А. Оржековский // Химия в школе. – 2015. – №6. – С.6–12.
4. Образовательный портал Newtonew, сайт  об образовании и обучении. https://newtonew.com/school/live-quest-lesson
5. Образовательный портал Newtonew, сайт  об образовании и обучении. URL: https://newtonew.com/school/live-quest-lesson