РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОНННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

RECOMMENDATIONS ON THE USE OF AN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY-BASED INORGANIC CHEMISTRY EDUCATION SYSTEM

Zhuldyz Kablanova

master's student, Kostanay regional university named after A. Baitursynov,

Republic of Kazakhstan, Kostanay

Elmira Ergalieva

scientific supervisor, PhD, Kostanay regional university named after A. Baitursynov,

Republic of Kazakhstan, Kostanay

АННОТАЦИЯ

В статье представлены рекомендации по организации обучения неорганической химии с использованием информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Во введении раскрыта актуальность применения ИКТ в образовательном процессе. Основное внимание уделено методологическим подходам, таким как использование мультимедиа, виртуальных лабораторий и интерактивных платформ. Приведены примеры эффективной практики. В заключении сформулированы рекомендации для преподавателей, направленные на повышение качества обучения.

ABSTRACT

The article presents recommendations on the organization of training in inorganic chemistry using information and communication technologies (ICT). The introduction reveals the relevance of the use of ICT in the educational process. The main focus is on methodological approaches such as the use of multimedia, virtual labs, and interactive platforms. Examples of effective practice are given. In conclusion, recommendations for teachers aimed at improving the quality of education are formulated

Ключевые слова: неорганическая химия, информационно-коммуникационные технологии, ИКТ в образовании, цифровое обучение, методика преподавания, виртуальная лаборатория, интерактивные технологии.

Keywords: inorganic chemistry, information and communication technologies, ICT in education, digital learning, teaching methodology, virtual laboratory, interactive technologies.

Введение

Актуальность данного исследования состоит в том, что химия является одной из фундаментальных наук, которая играет важную роль в развитии технологий, медицины, сельского хозяйства и других отраслей. Поэтому важно обеспечить высокий уровень подготовки учащихся по химии. В рамках существующей программы по химии учащиеся 8-9 классов изучают большое количество материала, что затрудняет его усвоение. ИКТ позволяют сделать обучение химии более наглядным, интерактивным и индивидуализированным, что способствует повышению эффективности обучения.

Целью данной работы является Разработка и апробация системы обучения неорганической химии на основе информационно-коммуникационных технологий, способствующей повышению эффективности и качества обучения.

Задачи:

1. проанализировать существующие системы обучения неорганической химии;
2. разработать методологические основы системы обучения неорганической химии на основе информационно-коммуникационных технологий;
3. разработать и реализовать систему обучения неорганической химии на основе информационно-коммуникационных технологий.
4. апробировать систему обучения неорганической химии на основе информационно-коммуникационных технологий.

Предмет исследования: система обучения неорганической химии на основе информационно-коммуникационных технологий.

Объект исследования: эффективность системы обучения неорганической химии на основе информационно-коммуникационных технологий.

Научная новизна: В исследовании разработаны методологические основы системы обучения неорганической химии на основе ИКТ для 8-9 классов. В частности, определены цели и задачи системы обучения, выбраны методологические подходы к ее разработке, разработана модель системы обучения.

Теоретическая и практическая значимость: Полученные результаты исследования могут быть использованы для разработки новых учебников и учебных пособий по неорганической химии с использованием ИКТ, а также для разработки новых методов и форм обучения неорганической химии с использованием ИКТ.

Методы исследования:

1. Анализ научно-методической литературы и публикаций.
2. Метод моделирования.
3. Экспериментальное исследование.

Современные реалии и условиях глобализации формируют определённый ряд требований, которые требуют нового подхода к организации обучения. Важно понимать, что в целом данные требования в идеале должны применяться ко всем школьным предметам, однако это требует качественной трансформации каждой программы и системы обучения.

Методологические подходы к обучению с ИКТ

Сегодня, в век информационных технологий, особый интерес представляет направление в обучении, ориентированное на практическое применение информационно-коммуникационных технологий. Считается, что такой подход призван к повышению эффективности обучения. Данный аспект занимает одно из важнейших положений особенно в контексте изучения неорганической химии, поскольку такой подход позволяет визуализировать комплексные процессы, персонализировать обучения, а также моделировать эксперименты [1].

В связи с этим, определение целей и задач системы обучения, базирующейся на применении ИКТ направлено на организацию структурированного подхода, сочетающего технологические инновации с педагогическими методами обучения.

В целом, цели определяют как основные стратегические направления, на которые направлены на стратегическое развитие. В связи с этим, при обучении неорганической химии с применением ИКТ в качестве основных целей можно рассматривать следующие [2]:

• повышение качества усваиваемого материала на основе применения мультимедийных ресурсов и интерактивных заданий;
• развитие навыков применения полученных знаний на практике, в то м числе посредством работы в виртуальных лабораториях;
• формирование индивидуализированного подхода в обучении, ориентированного на учет уровня знаний учащихся;
• обеспечение доступности учебных материалов в любых условиях и в любое доступное время;
• формирование мотивации у учащихся для работы с интерактивными заданиями.

При этом поставленные цели должны обязательно соответствовать SMART критериям [3]:

- быть четко и конкретного сформулированными (например, за текущий учебный год уровень успеваемости по теме «Кислоты и щелочи» должны увеличиться на 20 %);

- характеризоваться измеримостью, что может проявляться, например, в виде использования специальных систем для аналитики или контроля за полученными результатами промежуточных и контрольных срезов, что позволяет отслеживать успеваемость учащихся (например, Learning Management System);

- быть достижимыми, то есть составление и планирования внедрения специализированной системы обучения должно осуществляться только при условии наличия соответствующих средств в учебном заведении, поскольку в случае их отсутствия, полученные результаты могут продемонстрировать искаженные результаты;

- отличаться релевантностью, то есть соответствовать образовательным стандартам общего среднего образования;

- соответствовать принципу ограниченности по времени, то есть данная цель не должна быть глобальной, а должна быть реализуемой примерно за 1-2 года обучения.

В соответствии с поставленными целями, необходимо принимать во внимание задачи, которые, как предполагается, должны быть решены при достижении поставленных целей. Таким образом, можно выделить следующие задачи [4]:

- разработка контента интерактивного характера на основе использования ИКТ инструментов в виде проведения виртуальных экспериментов, анимации реакций, а также создания специальных 3D-моделей;

- интеграция с учебным планом и его пересмотр для включения в принятую программу специальных онлайн-модулей, а также элементов смешанного обучения;

- обеспечение полноценного доступа к технической базе посредством организации доступа учащихся к компьютерам, специализированным программам, а также интернету;

- внедрения электронной системы, на которой будут размещаться все необходимые учебные материалы в электронном доступе в виде теоретического материала, тестовых заданий для отработки усвоенных знаний, а также лабораторных работ. В качестве таких систем управления могут применяться: Google Classroom*, Moodle и другие;

- проведение систематической оценки эффективности в виде проверки знаний учеников на регулярной основе, проведение аналитики вовлеченности, а также получение обратной связи посредством анкеты.

Таким образом, разрабатываемая модель должна соответствовать и полностью решать определенные задачи, посредством которых можно достичь максимальной продуктивности от разработанной системы.

Разработка системы обучения должна базироваться на применении специальных методологических подходов. Для выбора определенных подходов выделяют несколько критериев [5]:

- при подборе конкретных подходов для практического применения принято учитывать технические возможности как в целом всего учебного заведения, так и отдельного кабинета, в том числе степень его оснащенности;

- подбор метода должен основываться на конкретной целевой аудитории и уровне её подготовки, в рамках конкретного учебного предмета, в данном случае учащиеся 8 и 9 классов;

- подходы должны прежде всего соответствовать педагогическим задачам, среди которых должное внимание следует уделять развитию исследовательский навыков, а также реализации своевременной подготовке к экзаменам;

- включать базисные основы аналитики для контроля и отслеживания элементарных результатов прогресса и также получения обратной связи.

Основные методологические подходы, использующие информационно-коммуникационные технологии (ИКТ) в обучении, включают несколько ключевых моделей, каждая из которых имеет свои особенности применения и направлена на развитие определённых компетенций у учащихся [6].

Деятельностный подход ориентирован на реализацию обучения через практическую деятельность. В этом контексте ИКТ играют важную роль, обеспечивая возможность использования виртуальных лабораторий для моделирования химических опытов, таких как Labster и PhET. Также активно применяются квесты в геймификационном формате, которые мотивируют учащихся решать практические задачи. Важным элементом является использование интерактивных заданий для построения молекул и моделирования химических реакций, например, с помощью программ ChemDraw и Avogadro. Такой подход способствует повышению вовлеченности учащихся в учебный процесс, развивает исследовательские навыки и мотивацию.

Компетентностный подход направлен на формирование у учащихся специализированных компетенций, как цифровых, так и метапредметных и предметных, в частности, по химии. ИКТ в этом случае помогают в разработке специальных электронных модулей, которые включают теоретическую и практическую информацию, как, например, интерактивное изучение элементов химии через таблицу Менделеева. Помимо этого, значительное внимание уделяется практическому применению цифровых инструментов, таких как Prezi и Canva, а также развитию навыков работы с химическими базами данных, например, ChemSpider и PubChem. Этот подход способствует развитию цифровой грамотности, критического мышления и способности решать специализированные задачи.

Личностно-ориентированный подход фокусируется на учете индивидуальных потребностей каждого ученика. Важным элементом этого подхода является использование адаптивных технологий, которые подстраиваются под уровень подготовки учащегося, как, например, платформы Smart Sparrow и ALEKS. Задания, тесты и рекомендации могут быть адаптированы через инструменты вроде Google Forms* или Moodle, что позволяет учитывать различные уровни подготовки учеников. Этот подход помогает создать персонализированную траекторию обучения, что особенно важно для учащихся с разными темпами освоения материала, а также для тех, кто проявляет высокий интерес к углубленному изучению отдельных тем.

Конструктивистский подход акцентирует внимание на самостоятельном познавательном процессе учащихся, который осуществляется не только через взаимодействие с учебными материалами, но и через совместную работу и исследование. ИКТ в этом подходе помогают создавать условия для интерактивного обучения, например, с использованием программы Blender для разработки цифровых проектов. Коллаборативные платформы, такие как Miro и Padlet, способствуют работе в команде, а симуляторы, например, ChemDoodle и MolView, позволяют моделировать химические процессы. Такой подход развивает критическое мышление, творческий подход к решению задач и глубокую проработку материала, что способствует эффективному обучению через исследование и взаимодействие [7].

Смешанное обучение сочетает в себе цифровые технологии и традиционные методы. Занятия могут проводиться как в онлайн-формате, так и в виде лабораторных работ с использованием платформ для управления обучением, таких как Google * и Moodle. Также активно применяется метод перевернутого класса, когда теоретический материал учащиеся изучают дома, а практическая работа осуществляется в классе. Смешанное обучение предлагает высокий уровень гибкости и доступности, а также позволяет эффективно использовать учебное время.

Таким образом, применение ИКТ в различных методологических подходах способствует более эффективному обучению, развивает у учащихся необходимые навыки и компетенции, стимулирует их мотивацию и вовлеченность в учебный процесс [8].

Выявлено, что в рамках пяти предложенных подходов, каждый из них направлен на применение ИКТ таким образом чтобы сформировать комфортную среду для обучения каждого ребенка с индивидуальным подходом к каждому из них. При этом, центральное положение в каждом из подходов и как результат применения каждого из инструментов занимает именно практическая отработка навыков учащихся, создание условий проявления учениками истинного интереса по отношению изучаемым на уроках химии темам. В целом, все это направлено именно на формирование целостной модели единого восприятия практической значимости приобретаемых знаний. Как следствие, в зависимости от направленности тем и основных предполагаемых ориентиров их практической отработки предполагается сформировать единую модель обучения с разнообразными вариациями и методологическими подходами, которые позволили бы сформировать ту самую систему продуктивного и качественно обучения детей 8 и 9 классов естественно-математического направления, которая удовлетворяла бы принципу наглядности и качественности [9].

Для выделения отдельных уроков или разделов, в которые необходимо внедрить применение ИКТ первоначально исследованы планы 8 и 9 классов в рамках календарно-тематического планирования. Составление КТП для 8 класса базировалось на материалах учебника «Химия» для 8 класса общеобразовательной школы с русским языком обучения, авторами которого являются Оспанова М.К., Аухадиева К.С., Белоусова Т.Г. (Алматы, Мектеп, 2018 г.).

Результаты анализа двух учебников 9 класса показывают, что в целом ни один из параграфов так же, как и в учебнике 8 класса не предполагает взаимодействие с ИК технологиями и соответствующими средствами, даже несмотря на гораздо больший объем тем. С точки зрения практического применения можно отметить то те заданий, которые приводятся в конце параграфов и в основном нацелены на самостоятельную работу учащихся или же выполнение данных заданий в классе[10]. Однако, кроме как углубления знаний в области определенной темы, никакой интерактивности данные задания не несут. Имеются задания красочного формата с нарисованными разноцветными веществами в пробирках, на основании которых учащемуся предлагается либо решить уравнение, описать процесс, либо заполнить таблицу и ответить на вопросы. Безусловно, подобного рода задания должны иметь место быть в школьной практике на уроках химии. Однако, систематическое предложение учащимся одних и тех же заданий может привести к снижению мотивации, ухудшению концентрации внимания и потере интереса. Целенаправленное желание повысить качественные и количественные показатели должно подтверждаться на практике применением соответствующих подходов, методов, средств, инструментов, среди которых сегодня на первый план в основном выходят разнообразные информационные и коммуникационные технологии, которые ориентированы на формирование интереса у учащихся, повышение уровня мотивации и концентрации внимания. Только комплексный подход в преподавании занятий в рамках курса неорганической химии призван активизировать интерес обучающихся и повысить качественные характеристики результатов обучения.

Выводы

На основании проведенного подбора ИКТ-средств по темам занятий можно выделить некоторые основные тенденции. Так, например, план по применению ИКТ-средств в 8 и 9 классах, базировался на активном вовлечении учащихся, формировании практических навыков, индивидуализации обучении, формировании знаний через активное взаимодействие и сочетание онлайн и офлайн занятий.

Наиболее популярными являлись такие инструменты как MolView для моделирования реакций, ChemDraw и ChemDoodle для интерактивной визуализации химических процессов, Labster при проведении работ в виртуальных лабораториях, а также ALEKS и Smart Sparrow, которые давали возможность персонализировать обучение.

При подборе инструментов не для всех тем были подобраны ИКТ-средства в рамках личностно-ориентированного подхода и конструктивистского. Помимо всего прочего, предложенный список не является исчерпывающим и может быть расширен по желанию педагога и зависимости от потребностей учащихся. Особый акцент рекомендуется сделать на исследовательской деятельности на основе инструментов, используемых для анализа данных.

В целом, предложенные ИКТ-средства в рамках программы по неорганической химии 8 классы предлагают вариативное использование цифровых инструментов, которые соответствуют специальным педагогическим подходам. При этом наибольший акцент сделан именно на моделирование и визуализацию. В свою очередь адаптивные и коллаборативные технологии применяются достаточно выборочно. Более высоких результатов по сбалансированности обучения можно достичь через дополнительное использование персонализированных и интерактивных инструментов.

Подбор ИКТ-средств для 9 класса также преимущественно был ориентирован на активизацию деятельности учащихся через моделирование и проведение экспериментов, развитие навыков работы с информационными ресурсами, адаптацию соответствующих инструментов под уровень знаний учеников, обучение коллаборативной работе, что в целом позволило сформировать практико-ориентированное обучение, обучать учащихся визуализации и структурированию информации, персонализации и проектному обучению.

Среди наиболее популярных инструментов можно выделить такие как:

- Google Classroom* и Moodle, рассматриваемые как основные LMS-платформы;

- ChemDoodle и MolView применялись для как моделирующие наглядные инструменты;

- ALEKS и Smart Sparrow предлагаются к использованию в качестве адаптивных платформ в то время, как Labster и PhET играют важную роль как симуляторы экспериментальных процессов;

- наглядное представление результатов исследования предлагается осуществлять с помощью Canva и Prezi позволяющих представить любой материал в более интерактивном формате.

Помимо всего этого, можно также расширить вариативность ИКТ-средств в рамках личностно-ориентированного подхода, дополнить инструментарий анализа данных, включить средства геймификации или демонстрацию интерактивных видео, что также будет являться продуктивным инструментом наряду с другими.

В целом, предложенные варианты комбинации ИКТ-средств в рамках программы 9 класса демонстрируют хорошую интеграцию ИКТ в обучение неорганической химии особенно посредством визуализации и проведения виртуальных экспериментов. Предложенные интерактивные средства обучения в 9 классе в целом также не являются исчерпывающими и могут быть расширены за счет применения аналитических и интерактивных инструментов, что позволит сделать процесс преподавания тем в рамках раздела по неорганической химии более эффективными.

*(По требованию Роскомнадзора информируем, что иностранное лицо, владеющее информационными ресурсами Google является нарушителем законодательства Российской Федерации – прим. ред.)

Список литературы:

1. Sadykov, Timur & Čtrnáctová, Hana. (2020). Interactive lessons with ICT in chemistry education. Eruditio-Educatio. 15.. 10.36007/eruedu.2020.1.095-110.
2. Рустамова Х.Н., Курбанова А.Д., Комилов К.У., & Эштурсунов Д.А (2021). РОЛЬ ИНФОРМАЦИОННО - КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИИ В ПРЕПОДОВАНИИ ОБЩЕЙ И НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. Экономика и социум, (5-2 (84)), 1047-1056.
3. Бахтиёр Ёдгоров (2021). Новый подход к преподаванию общей и неорганической химии. Общество и инновации, 2 (5/S), 403-410. doi: 10.47689/2181-1415-vol2-iss5/S-pp403-410
4. Ильясова Римма Рашитовна (2021). ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗНАНИЙ НА ЗАНЯТИЯХ ПО НЕОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. Образование и проблемы развития общества, (1 (14)), 51-56.
5. Ильясова Римма Рашитовна (2021). ПМинченков Е.Е. и др. Методика обучения химии в 8-9 классах. М.: Школьная пресса. 2000. - 160 с.
6. Кирюшкин Д.М. Методика обучения неорганической химии. М.: Просвещение. 2000. - 304 с
7. Беспалов П.И. и др. Практикум по методике обучения химии в средней школе. М.: Дрофа. 2007. - 222 с.
8. Тимошенко Ю.М. Учебное пособие для практических занятий по методике преподавания химии. Казань. КФУ. 2000. - 56 с.
9. Захарова И.Г. Информационные технологии в образовании. М.: Академа. 2003. -192 с.
10. Макареня А.А. и др. Система химии и методика преподавания химии. СПб.: СПБГУ им. Герцена А.И. 2000. - 80 с.