Pendidikan global dan proses ilmiah telah mengalami perubahan yang sangat jelas dalam beberapa tahun terakhir, namun karena alasan tertentu mereka kurang membicarakan inovasi terobosan dan peluang yang terbuka, dan lebih banyak membicarakan skandal ujian lokal. Sementara itu, esensi dari proses pendidikan tercermin dengan indah dalam pepatah Inggris “You can lead a horse to water, but you can make it drink.”

Pendidikan modern pada dasarnya menjalani kehidupan ganda. Dalam kehidupan resminya terdapat program, peraturan, ujian, pertarungan “tidak masuk akal dan tanpa ampun” mengenai komposisi mata pelajaran di sekolah, vektor jabatan dan mutu pendidikan. Dan dalam kehidupan nyata, sebagai suatu peraturan, segala sesuatu yang diwakili oleh pendidikan modern terkonsentrasi: digitalisasi, eLearning, Pembelajaran Seluler, pelatihan melalui Coursera, UoPeople dan lembaga online lainnya, webinar, laboratorium virtual, dll. Semua ini untuk saat ini belum menjadi bagian paradigma pendidikan global yang diterima secara umum, namun secara lokal digitalisasi pendidikan dan penelitian sudah terjadi.

Pelatihan MOOC (Massive Open Online Course, kuliah massal dari sumber terbuka) sangat baik untuk mentransfer ide, rumus dan pengetahuan teoritis lainnya dalam pembelajaran dan perkuliahan. Namun untuk sepenuhnya menguasai banyak disiplin ilmu, pelatihan praktis juga diperlukan - pembelajaran digital “merasakan” kebutuhan evolusioner ini dan menciptakan “bentuk kehidupan” baru - laboratorium maya, milik mereka sendiri untuk pendidikan sekolah dan universitas.

Masalah yang diketahui dengan eLearning: sebagian besar mata pelajaran teori diajarkan. Mungkin tahap berikutnya dalam pengembangan pendidikan online adalah mencakup bidang-bidang praktis. Dan hal ini akan terjadi dalam dua arah: yang pertama adalah pendelegasian praktik secara kontraktual ke universitas-universitas yang sudah ada secara fisik (dalam hal kedokteran, misalnya), dan yang kedua adalah pengembangan laboratorium virtual dalam berbagai bahasa.

Mengapa kita memerlukan laboratorium virtual, atau laboratorium virtual?

• Untuk mempersiapkan pekerjaan laboratorium yang sebenarnya.
• Untuk kelas sekolah, jika kondisi, bahan, reagen dan peralatan yang sesuai tidak tersedia.
• Untuk pembelajaran jarak jauh.
• Untuk mempelajari disiplin ilmu secara mandiri sebagai orang dewasa atau bersama dengan anak-anak, karena banyak orang dewasa, karena satu dan lain hal, merasa perlu untuk “mengingat” apa yang tidak pernah dipelajari atau dipahami di sekolah.
• Untuk karya ilmiah.
• Untuk pendidikan tinggi dengan komponen praktis yang penting.

Jenis laboratorium virtual. Laboratorium virtual dapat berbentuk dua dimensi atau 3D; paling sederhana untuk siswa sekolah dasar dan kompleks, praktis untuk siswa sekolah menengah pertama dan atas, siswa dan guru. Lab virtual mereka sendiri dikembangkan untuk berbagai disiplin ilmu. Paling sering ini adalah fisika dan kimia, tetapi ada juga yang cukup orisinal, misalnya laboratorium virtual untuk ahli ekologi.

Universitas yang sangat serius memiliki laboratorium virtualnya sendiri, misalnya, Universitas Dirgantara Negeri Samara yang dinamai Akademisi S.P. Korolev dan Institut Sejarah Sains Berlin Max Planck (MPIWG). Mari kita ingat bahwa Max Planck adalah seorang ahli fisika teoretis Jerman, pendiri fisika kuantum. Laboratorium virtual institut tersebut bahkan memiliki situs resmi. Anda dapat menyaksikan presentasinya melalui tautan ini Laboratorium Virtual: Alat Penelitian Sejarah Eksperimentalisasi. Laboratorium online adalah platform tempat para sejarawan mempublikasikan dan mendiskusikan penelitian mereka dengan topik eksperimen di berbagai bidang ilmu pengetahuan (dari fisika hingga kedokteran), seni, arsitektur, media dan teknologi. Di dalamnya juga terdapat ilustrasi dan teks tentang berbagai aspek kegiatan eksperimen: instrumen, kemajuan eksperimen, film, foto ilmuwan, dll. Siswa dapat membuat akun sendiri di lab virtual ini dan menambahkan karya ilmiah untuk diskusi.

Laboratorium Virtual Institut Max Planck untuk Sejarah Sains

Portal Virtulab

Sayangnya, pilihan laboratorium virtual berbahasa Rusia masih sedikit, tapi ini hanya masalah waktu. Penyebaran eLearning di kalangan pelajar dan mahasiswa, penetrasi digitalisasi secara masif ke dalam institusi pendidikan akan menciptakan permintaan, dan kemudian mereka akan mulai secara besar-besaran mengembangkan laboratorium virtual modern yang indah di berbagai disiplin ilmu. Untungnya, sudah ada portal khusus yang cukup berkembang yang didedikasikan untuk laboratorium virtual - Virtulab.Net. Ini menawarkan solusi yang cukup bagus dan mencakup empat disiplin ilmu: fisika, kimia, biologi dan ekologi.

Laboratorium virtual 3D untuk fisika Virtulab .Net

Praktek teknik virtual

Virtulab.Net belum mencantumkan teknik di antara spesialisasinya, namun melaporkan bahwa laboratorium virtual fisika yang diselenggarakan di sana juga dapat berguna dalam pendidikan teknik jarak jauh. Memang, misalnya, untuk membangun model matematika, diperlukan pemahaman yang mendalam tentang sifat fisik objek pemodelan. Secara umum, laboratorium virtual teknik memiliki potensi yang sangat besar. Pendidikan teknik sebagian besar berorientasi pada praktik, namun laboratorium virtual seperti itu masih jarang digunakan di universitas karena pasar pendidikan digital di bidang teknik masih terbelakang.

Kompleks pendidikan berorientasi masalah dari sistem CADIS (SSAU). Untuk memperkuat pelatihan spesialis teknis, Samara Aerospace University dinamai Korolev telah mengembangkan laboratorium virtual tekniknya sendiri. Pusat Teknologi Informasi Baru (CNIT) SSAU telah menciptakan “Kompleks pendidikan berorientasi masalah dari sistem CADIS.” Singkatan CADIS adalah singkatan dari “sistem Kompleks Alat Pengajaran Otomatis”. Ini adalah ruang kelas khusus di mana lokakarya laboratorium virtual diadakan tentang kekuatan material, mekanika struktural, metode optimasi dan pemodelan geometris, desain pesawat terbang, ilmu material dan perlakuan panas, serta disiplin teknis lainnya. Beberapa lokakarya ini tersedia secara gratis di server Central Scientific Research Institute SSAU. Ruang kelas virtual berisi deskripsi objek teknis dengan foto, diagram, link, gambar, video, audio dan animasi flash dengan kaca pembesar untuk memeriksa detail kecil dari unit virtual. Ada juga kemungkinan pemantauan mandiri dan pelatihan. Inilah kompleks sistem virtual CADIS:

• Balok - kompleks untuk menganalisis dan membuat diagram balok dalam hal kekuatan material (teknik mesin, konstruksi).
• Struktur - seperangkat metode untuk merancang sirkuit daya struktur mekanis (teknik mesin, konstruksi).
• Optimasi - kompleks metode optimasi matematika (kursus CAD di bidang teknik mesin, konstruksi).
• Spline adalah metode interpolasi dan perkiraan yang kompleks dalam pemodelan geometri (kursus CAD).
• I-beam - kompleks untuk mempelajari pola kerja gaya struktur berdinding tipis (teknik mesin, konstruksi).

• Kimiawan - seperangkat kompleks kimia (untuk sekolah menengah, kamar bacaan khusus, kursus persiapan untuk universitas).
• Organik - kompleks dalam kimia organik (untuk universitas).
• Polimer - kompleks kimia senyawa bermolekul tinggi (untuk universitas).
• Pembuat Molekul - program simulator "Pembangun molekul".
• Matematika - kompleks matematika dasar (untuk pelamar universitas).
• Pendidikan jasmani merupakan suatu kompleks untuk menunjang mata kuliah teori dalam pendidikan jasmani.
• Ahli metalurgi - kompleks metalurgi dan perlakuan panas (untuk universitas dan sekolah teknik).
• Zubrol - kompleks teori mekanisme dan bagian-bagian mesin (untuk universitas dan sekolah teknik).

Instrumen virtual di Zapisnyh.Narod.Ru. Website Zapisnyh.Narod.Ru akan sangat berguna dalam pendidikan teknik, di mana Anda dapat mendownload instrumen virtual pada Sound Card secara gratis, yang membuka peluang luas untuk membuat peralatan. Mereka pasti akan menarik bagi para guru dan berguna dalam perkuliahan, dalam karya ilmiah dan dalam lokakarya laboratorium di bidang ilmu alam dan teknik. Kisaran instrumen virtual yang diposting di situs ini sangat mengesankan:

• gabungan generator frekuensi rendah;
• generator frekuensi rendah dua fase;
• perekam osiloskop;
• osiloskop;
• pengukur frekuensi;
• karakterografi AC;
• teknografer;
• meteran listrik;
• R, C, L meteran;
• elektrokardiograf rumah;
• penaksir kapasitansi dan ESR;
• sistem kromatografi KhromProtsessor-7-7M-8;
• perangkat untuk memeriksa dan mendiagnosis kesalahan jam tangan kuarsa, dll.

Salah satu instrumen teknik virtual dari situs Zapisnyh.Narod.Ru

laboratorium virtual fisika

Lab virtual ekologi di Virtulab .Net. Laboratorium lingkungan portal membahas masalah umum perkembangan bumi dan hukum individu.

1

Metodologi untuk membuat pekerjaan laboratorium di bidang kimia menggunakan laboratorium virtual dijelaskan. Pembuatan karya laboratorium virtual terdiri dari tahapan penetapan tujuan pekerjaan laboratorium, pemilihan laboratorium virtual, identifikasi kemampuan simulator virtual, penyesuaian tujuan, penentuan isi dan tugas didaktik, penyusunan naskah, pengujian, koreksi. skrip, menilai dan menganalisis keandalan proses dan hasil eksperimen virtual dibandingkan dengan skala penuh, menyusun rekomendasi metodologis. Model metodologi untuk membuat pekerjaan laboratorium virtual di bidang kimia disajikan. Peralatan konseptual dan terminologis di bidang penelitian telah diperjelas: definisi pekerjaan laboratorium virtual dalam kimia, laboratorium kimia virtual, dan eksperimen kimia virtual diberikan. Metode penggunaan laboratorium virtual kimia ketika belajar di universitas ditunjukkan: ketika mempelajari materi baru, ketika mengkonsolidasikan pengetahuan, ketika mempersiapkan pekerjaan laboratorium skala penuh baik di kelas maupun dalam kegiatan ekstrakurikuler mandiri.

pelatihan kimia

laboratorium maya

percobaan maya

1. Belokhvostov A. A., Arshansky E. Ya. Sarana elektronik untuk pengajaran kimia; pengembangan dan metode penggunaan. – Minsk: Aversev, 2012. – 206 hal.

2. Gavronskaya Yu. Yu., Alekseev V. V. Pekerjaan laboratorium virtual dalam pengajaran interaktif kimia fisik // Berita Universitas Pedagogis Negeri Rusia. A.I. Herzen. – 2014. – No.168. – Hlm.79–84.

3.GOST 15971–90. Sistem pemrosesan informasi. Istilah dan Definisi. - bukannya Gost 15971-84; memasukkan 01/01/1992. - M.: Penerbitan standar, 1991. – 12 hal.

4. Morozov, M. N. Pengembangan laboratorium kimia virtual untuk pendidikan sekolah // Teknologi pendidikan dan masyarakat. – 2004. – T 7, No.3. – P 155-164.

5. Pak, M. S. Teori dan metodologi pengajaran kimia: buku teks untuk universitas. – St.Petersburg: Rumah penerbitan Universitas Pedagogis Negeri Rusia dinamai menurut namanya. A.I. Herzen, 2015. – 306 hal.

6. Standar pendidikan negara bagian federal untuk pendidikan profesional tinggi di bidang pelatihan 050100 Pendidikan pedagogi (kualifikasi (gelar) "sarjana") (disetujui oleh Perintah Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia tanggal 22 Desember 2009 No. 788 ) (sebagaimana diubah pada tanggal 31 Mei 2011 .) [Sumber daya elektronik]. - URL: http://fgosvo.ru/uploadfiles/fgos/5/20111207163943.pdf (tanggal akses: 03/10/15).

7. Lab Virtual / Kolektif Kimia. Sumber Daya Online untuk Pengajaran dan Pembelajaran Kimia [Sumber daya elektronik]. - URL: http://chemcollective.org/activities/vlab?lang=ru (tanggal akses: 10/03/15).

Laboratorium kimia virtual, eksperimen virtual, pekerjaan laboratorium virtual di bidang kimia merupakan bidang yang menjanjikan dalam pendidikan kimia, tentu saja menarik perhatian siswa dan guru. Relevansi pengenalan laboratorium virtual ke dalam praktik pendidikan ditentukan, pertama, oleh tantangan informasi saat ini, dan kedua, oleh persyaratan peraturan untuk organisasi pelatihan, yaitu standar pendidikan. Untuk menerapkan pendekatan berbasis kompetensi, Standar Pendidikan Negara Bagian Federal saat ini untuk pendidikan tinggi mengatur penggunaan luas dalam proses pendidikan bentuk-bentuk penyelenggaraan kelas yang aktif dan interaktif, termasuk simulasi komputer, dalam kombinasi dengan kerja ekstrakurikuler untuk membentuk dan mengembangkan keterampilan profesional siswa.

Di bidang ini, dalam hal prevalensi dan permintaan, pemimpinnya adalah “Kimia kelas 8-11 - Laboratorium Virtual” dari MarSTU, yang ditujukan untuk anak sekolah dan pelamar; kerja praktek interaktif dan eksperimen dalam kimia VirtuLab (http://www.virtulab.net/) juga terkenal. Di tingkat pendidikan tinggi, sumber daya berbahasa Rusia di pasar pendidikan mencakup laboratorium kimia virtual ENK, pengembangan milik universitas (dan, biasanya, tertutup), dan sejumlah sumber daya dalam bahasa asing. Deskripsi laboratorium virtual kimia yang tersedia telah diberikan lebih dari satu kali, dan daftarnya pasti akan diperluas. Laboratorium virtual dengan percaya diri mengambil tempat dalam praktik pengajaran kimia dan disiplin ilmu kimia, pada saat yang sama, landasan teoretis dan metodologis penggunaannya dan penciptaan pekerjaan laboratorium virtual berdasarkan laboratorium tersebut baru mulai terbentuk. Bahkan istilah “pekerjaan laboratorium virtual dalam kimia” belum mendapat definisi yang masuk akal yang secara akurat menunjukkan hubungannya dengan konsep lain, termasuk konsep laboratorium virtual dalam pengajaran kimia dan eksperimen kimia virtual.

Untuk memperjelas perangkat konseptual dan terminologis, kami menggunakan istilah “eksperimen kimia” sebagai titik awal, yang digunakan dalam bidang keilmuan teori dan metode pengajaran. Eksperimen kimia adalah sarana khusus pengajaran kimia, yang berfungsi sebagai sumber dan metode pengetahuan yang paling penting; eksperimen ini memperkenalkan siswa tidak hanya pada objek dan fenomena, tetapi juga pada metode ilmu kimia. Dalam proses percobaan kimia, siswa memperoleh kemampuan mengamati, menganalisis, menarik kesimpulan, dan menangani peralatan dan reagen. Yaitu: demonstrasi dan eksperimen siswa/siswa; eksperimen (membantu mempelajari aspek individu dari suatu objek kimia), pekerjaan laboratorium (serangkaian eksperimen laboratorium memungkinkan seseorang mempelajari banyak aspek objek dan proses kimia), latihan praktik, lokakarya laboratorium; eksperimen rumah, eksperimen penelitian, dll. Eksperimen kimia dapat berskala penuh, mental, dan virtual. “Virtual” berarti “mungkin tanpa perwujudan fisik”; realitas virtual - meniru situasi nyata menggunakan perangkat komputer; digunakan terutama untuk tujuan pendidikan; dalam hal ini, eksperimen virtual terkadang disebut simulasi atau eksperimen komputer. Menurut GOST saat ini, "virtual" adalah definisi yang mencirikan suatu proses atau perangkat dalam sistem pemrosesan informasi yang tampaknya benar-benar ada, karena semua fungsinya dilaksanakan dengan cara lain; banyak digunakan sehubungan dengan penggunaan telekomunikasi. Jadi, eksperimen kimia virtual adalah jenis eksperimen pendidikan di bidang kimia; perbedaan utamanya dari skala penuh adalah kenyataan bahwa sarana untuk mendemonstrasikan atau memodelkan proses dan fenomena kimia adalah teknologi komputer; ketika melakukannya, siswa beroperasi dengan gambar zat dan komponen peralatan yang mereproduksi penampilan dan fungsi benda nyata , yaitu dia menggunakan laboratorium virtual. Kami memahami laboratorium virtual dalam pengajaran kimia sebagai simulasi komputer dari laboratorium kimia pendidikan yang melaksanakan fungsi utamanya - melakukan percobaan kimia untuk tujuan pendidikan. Secara teknis, berfungsinya laboratorium virtual dijamin oleh perangkat keras dan perangkat lunak komputer, sistem asumsi yang dibenarkan secara didaktik - substantif dan metodologis tentang jalannya proses kimia yang sedang dipelajari atau manifestasi sifat-sifat suatu benda kimia, berdasarkan yang mana salah satu opsi yang memungkinkan untuk respons laboratorium virtual terhadap tindakan pengguna dikembangkan. Laboratorium virtual bertindak sebagai elemen lingkungan pendidikan informasi berteknologi tinggi, menjadi sarana untuk membuat dan melakukan eksperimen virtual. Pekerjaan laboratorium virtual dalam kimia adalah suatu eksperimen kimia virtual yang berupa serangkaian eksperimen yang disatukan oleh tujuan bersama untuk mempelajari suatu objek atau proses kimia.

Mari kita pertimbangkan metodologi untuk membuat pekerjaan laboratorium virtual dalam bidang kimia (modelnya ditunjukkan pada Gambar 1) menggunakan contoh spesifik pekerjaan laboratorium dengan topik “Solusi”.

Beras. 1. Model metodologi pembuatan karya laboratorium virtual bidang kimia

Penciptaan pekerjaan laboratorium virtual terdiri dari tahapan penetapan tujuan pekerjaan laboratorium, pemilihan laboratorium virtual, identifikasi kemampuan simulator virtual, penyesuaian tujuan, penentuan tugas bermakna dan didaktik, penyusunan skenario, pengujian, penilaian dan menganalisis keandalan proses dan hasil percobaan virtual dibandingkan dengan percobaan nyata, skenario koreksi dan penyusunan rekomendasi metodologis.

Tahap penetapan tujuan meliputi proses pemilihan tujuan pekerjaan laboratorium yang direncanakan dengan menetapkan batas-batas penyimpangan yang diperbolehkan untuk mencapai suatu hasil pendidikan dengan cara yang paling efektif dan dapat diterima, dengan memperhatikan materi, teknis, waktu, sumber daya manusia, serta serta karakteristik pribadi dan usia siswa. Dalam contoh kita, tujuannya adalah menyiapkan solusi dan mempelajari propertinya; Karya tersebut dirancang untuk kegiatan pendidikan ekstrakurikuler mandiri siswa. Topik solusi dibahas di sebagian besar mata kuliah kimia universitas; selain itu, keterampilan mempersiapkan dan bekerja dengan solusi sangat dibutuhkan dalam kehidupan sehari-hari dan di hampir semua aktivitas profesional. Oleh karena itu, tujuan pekerjaan ini meliputi: pemantapan keterampilan menghitung molar dan persentase konsentrasi suatu larutan, jumlah zat dan pelarut yang diperlukan untuk menyiapkan larutan dengan konsentrasi tertentu; pengembangan algoritma dan teknik operasi untuk menyiapkan larutan (menimbang zat, mengukur volume, dll.); studi tentang fenomena yang terjadi selama pelarutan - pelepasan atau penyerapan panas, disosiasi, perubahan konduktivitas listrik, perubahan pH medium, dll.

Tahap memilih laboratorium virtual. Pilihan laboratorium virtual ditentukan oleh sejumlah keadaan: cara akses ke sumber daya, kondisi keuangan penggunaannya, bahasa dan kompleksitas antarmuka, dan tentu saja, konten, yaitu kemampuan yang dimilikinya. laboratorium ini menyediakan atau tidak menyediakan kepada pengguna untuk mencapai tujuan pekerjaan laboratorium yang direncanakan. Kami berfokus pada laboratorium dengan akses terbuka dan bebas, untuk pekerjaan yang keterampilan komputer di tingkat pengguna sudah mencukupi, pada awalnya meninggalkan laboratorium dengan tingkat interaktivitas yang rendah, yaitu, hanya mengizinkan opsi untuk observasi pasif terhadap pengalaman kimia. Setelah mempelajari beberapa proyek, baik multidisiplin maupun tematik, kami sampai pada kesimpulan bahwa tidak ada laboratorium yang kami kenal sepenuhnya memenuhi persyaratan, yaitu: mengizinkan siswa untuk menyiapkan larutan dengan konsentrasi tertentu menggunakan jumlah zat terlarut dan pelarut yang telah dihitung sebelumnya. dengan melakukan operasi penimbangan, pengukuran volume, pelarutan, memastikan ketepatan sediaan, serta mengamati proses-proses yang menyertai pelarutan. Namun demikian, kami memilih laboratorium virtual IrYdiumChemistryLab, yang keunggulannya adalah kemampuan untuk melakukan intervensi dalam program dan merancang eksperimen virtual Anda sendiri.

Identifikasi kemampuan simulator virtual laboratorium yang dipilih menunjukkan hal berikut. Mengenai kumpulan reagen, terdapat larutan dengan berbagai konsentrasi (19 MNaOH, 15 MHClO4 dan lain-lain), air sebagai pelarut terpenting, tetapi praktis tidak ada padatan; namun, aplikasi Authoring Tool memungkinkan Anda memasukkan reagen tambahan ke laboratorium menggunakan karakteristik termodinamika zat. Peralatan tersebut meliputi seperangkat alat ukur gelas dengan berbagai tingkat ketelitian (silinder, pipet, buret), timbangan analitik, pengukur pH, sensor suhu, elemen pemanas, serta applet yang menunjukkan konsentrasi partikel dalam larutan. Kemampuan untuk mempelajari karakteristik larutan seperti konduktivitas listrik, viskositas, dan tegangan permukaan tidak disediakan. Proses di laboratorium virtual berlangsung dalam waktu yang sangat singkat, sehingga membatasi studi tentang kecepatan proses kimia. Berdasarkan kemampuan simulator virtual, tujuannya diperbaiki; khususnya, studi tentang konduktivitas listrik larutan dikecualikan, tetapi studi tentang pengaruh suhu terhadap kelarutan zat ditambahkan. Saat menentukan tujuan pekerjaan laboratorium, kami melanjutkan dari hasil yang diharapkan: siswa harus mengembangkan keterampilan praktis dalam mempersiapkan solusi, termasuk menguasai algoritma operasi individu, mereka harus sampai pada kesimpulan tentang perubahan jumlah partikel dalam larutan selama proses. disosiasi elektrolit kuat dan lemah, tentang perbandingan jumlah anion dan kation jika terjadi pelarutan elektrolit tidak simetris, tentang penyebab efek termal selama pelarutan.

Kami menyoroti tahap penentuan tugas pekerjaan laboratorium yang dibuat sebagai elemen penting dari proses merancang kegiatan siswa; di sini perlu direncanakan manipulasi apa yang harus dilakukan siswa dalam kerangka pekerjaan laboratorium ini dan apa yang harus dilakukan mengamati (tugas yang bermakna), dan kesimpulan apa dan atas dasar apa kesimpulan tersebut harus diambil setelah menyelesaikannya (tugas didaktik), keterampilan apa yang harus diperoleh. Misalnya, kuasai algoritme tindakan saat menyiapkan volume larutan tertentu dari bagian yang ditimbang: hitung massa suatu zat, timbang, ukur volume cairan / bawa ke volume yang diperlukan; menguasai teknik pengerjaan timbangan analitik dan alat ukur; mengamati bagaimana konsentrasi partikel (molekul, ion) dalam larutan berhubungan dengan kelarutan elektrolit dan non-elektrolit, elektrolit simetris dan asimetris, elektrolit kuat dan lemah, menarik kesimpulan tentang kelarutan, efek termal selama pelarutan, dan sebagainya.

Langkah selanjutnya dalam menciptakan pekerjaan laboratorium adalah membuat skenario, yaitu penjelasan rinci tentang setiap pengalaman secara terpisah dan menentukan tempat dan peran pengalaman tersebut dalam pekerjaan laboratorium, dengan mempertimbangkan masalah apa yang akan ditimbulkannya, dan bagaimana cara kerjanya. mencapai tujuan pekerjaan laboratorium secara keseluruhan. Dalam praktiknya, penyusunan skenario dilakukan bersamaan dengan pengujian, yaitu pelaksanaan uji coba eksperimen yang membantu memperjelas dan merinci skenario. Skenario tersebut mencerminkan setiap tindakan dan reaksi laboratorium virtual terhadapnya. Skenario ini didasarkan pada tugas seperti “Siapkan 49 g larutan CuSO4 0,4%” atau “Siapkan 35 ml larutan CuSO4 0,1 mol/l dari hidrat kristalnya (CuSO4∙5H2O).” Saat menyusun tugas, ketersediaan reagen dan peralatan yang sesuai di laboratorium virtual dan kelayakan teknis untuk menyelesaikan tugas tersebut diperhitungkan. Dalam contoh kita, skenario, selain sisi perhitungan, juga mencakup sejumlah tindakan dan teknik yang mensimulasikan penyiapan solusi di laboratorium nyata. Misalnya pada saat menimbang, bahan kering tidak boleh diletakkan langsung di atas wadah timbang, melainkan harus menggunakan wadah khusus; gunakan fungsi tara; Faktanya, zat tersebut harus ditambahkan ke timbangan dalam porsi kecil; kemungkinan kelebihan massa yang dihitung secara tidak sengaja akan mengakibatkan operasi harus dimulai lagi. Pemilihan peralatan gelas kimia dengan volume yang sesuai, pengukuran volume cairan yang akurat “sepanjang meniskus bawah” dan penggunaan teknik khusus lainnya juga disediakan. Setelah persiapan, sifat-sifat larutan yang dihasilkan (konsentrasi ion molar, pH) tercermin dalam applet laboratorium virtual, yang memungkinkan Anda memeriksa kebenaran tugas. Dengan melakukan serangkaian percobaan, siswa akan memperoleh data yang menjadi dasar mereka dapat menarik kesimpulan tentang konsentrasi ion dalam larutan elektrolit kuat dan lemah, pH larutan zat terhidrolisis, atau ketergantungan termal. pengaruh pelarutan terhadap jumlah pelarut dan sifat zat, dll.

Sebagai contoh, perhatikan studi tentang efek termal selama pelarutan suatu zat. Skenarionya meliputi percobaan pelarutan garam kering (NaCl, KCl, NaNO 3, CuSO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ce 2 (SO 4) 3). Berdasarkan perubahan suhu larutan, siswa harus menyimpulkan kemungkinan efek pelarutan endotermik dan eksotermik. Rumusan tugas dalam setiap kasus tertentu dapat bervariasi dan bergantung pada jenis eksperimen - penelitian atau ilustratif. Misalnya, kita dapat membatasi diri pada kesimpulan tentang adanya efek tersebut, atau memasukkan dalam skenario pembuatan larutan garam dengan massa zat terlarut berbeda dengan massa pelarut yang sama (siapkan larutan yang mengandung 50 g zat dalam 100 g air; 10 g zat dalam 100 g air), dan sebaliknya, percobaan dengan jumlah zat terlarut yang konstan dan massa pelarut yang bervariasi; menyiapkan larutan dari garam anhidrat dan hidrat kristalnya dan memantau perubahan suhu selama pembubarannya. Saat melakukan eksperimen tersebut, siswa harus menjawab pertanyaan “Bagaimana perubahan suhu berbeda ketika garam anhidrat dan hidrat kristalinnya dilarutkan dalam jumlah yang sama? Mengapa pelarutan garam anhidrat terjadi dengan pelepasan panas yang lebih besar dibandingkan dengan hidrat kristalin?” dan menarik kesimpulan tentang apa yang mempengaruhi tanda efek termal pelarutan. Tergantung pada tujuan dan sasaran pekerjaan, skenario akan mencakup beberapa percobaan atau beberapa rangkaian percobaan, namun harus diingat bahwa di ruang virtual semuanya dilakukan jauh lebih cepat daripada di laboratorium nyata, dan tidak memakan waktu lama. waktu yang lama seperti yang terlihat pada pandangan pertama.

Selama proses pengujian perlu dilakukan evaluasi dan analisis keandalan proses dan hasil percobaan virtual dibandingkan dengan percobaan nyata, yaitu memastikan bahwa pemodelan dan hasil percobaan virtual yang dihasilkan tidak bertentangan dengan kenyataan, artinya, mereka tidak akan menyesatkan pengguna.

Rekomendasi metodologis didasarkan pada skenario yang disusun dan diuji, namun kita tidak boleh lupa bahwa rekomendasi tersebut ditujukan kepada siswa, dan selain instruksi dan tugas yang jelas, harus memuat uraian tentang hasil yang diharapkan terkait dengan tujuan, mempunyai referensi teori. materi dan contoh.

Hasil dari terciptanya kerja laboratorium virtual adalah implementasinya dalam proses pembelajaran sehingga berdampak pada peningkatan kualitas perolehan pengetahuan dan penguasaan kompetensi terkait. Ada beberapa metode untuk “menyematkan” pekerjaan laboratorium virtual di bidang kimia ke dalam proses pendidikan di universitas. Ketika mempelajari materi baru untuk pemahaman dan penguasaan yang lebih baik, menurut pendapat kami, disarankan untuk melakukan pekerjaan laboratorium virtual singkat untuk memperbarui pengetahuan atau untuk memperbarui pengetahuan. mendemonstrasikan fenomena yang dipelajari, yang menciptakan kondisi obyektif untuk pelaksanaan bentuk pembelajaran aktif dan interaktif, yang disyaratkan oleh standar pendidikan saat ini. Dalam hal ini, pekerjaan laboratorium virtual dapat menggantikan eksperimen demonstrasi tradisional. Selain itu, kami sedang mempertimbangkan kemungkinan menggunakan pekerjaan laboratorium virtual untuk mengkonsolidasikan pengetahuan dan keterampilan baik di kelas maupun dalam kegiatan mandiri ekstrakurikuler. Pilihan lain untuk menggunakan pekerjaan laboratorium virtual dalam proses pengajaran kimia adalah mempersiapkan siswa untuk melakukan pekerjaan laboratorium skala penuh. Dengan melakukan pekerjaan laboratorium virtual kimia yang disusun dengan benar, siswa, pertama, melatih keterampilan memecahkan masalah perhitungan pada topik ini, kedua, mengkonsolidasikan algoritma dan teknik untuk melakukan eksperimen kimia, ketiga, mempelajari hukum aliran proses kimia dengan partisipasi aktif dalam proses pelatihan.

Metodologi yang diusulkan untuk membuat pekerjaan laboratorium virtual dalam kimia membekali guru dengan alat berbasis ilmiah untuk menyelenggarakan kelas kimia dan disiplin ilmu kimia dalam bentuk interaktif yang dikombinasikan dengan kerja ekstrakurikuler untuk membentuk dan mengembangkan keterampilan profesional siswa.

Peninjau:

Rogovaya O.G., Doktor Ilmu Pedagogis, Profesor, Kepala Departemen Pendidikan Kimia dan Lingkungan Universitas Pedagogi Negeri Rusia dinamai A.I. Herzen, St.

Piotrovskaya K.R., Doktor Ilmu Pedagogis, Profesor, Profesor Departemen Metode Pengajaran Matematika dan Informatika Universitas Pedagogis Negeri Rusia dinamai A.I. Herzen, St.

Tautan bibliografi

Gavronskaya Yu.Yu., Oksenchuk V.V. METODOLOGI PEMBUATAN KARYA LABORATORIUM VIRTUAL DALAM KIMIA // Masalah modern ilmu pengetahuan dan pendidikan. – 2015. – Nomor 2-2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=22290 (tanggal akses: 01/02/2020). Kami menyampaikan kepada Anda majalah-majalah yang diterbitkan oleh penerbit "Academy of Natural Sciences"

Sesuai dengan Standar Pendidikan Negara Federal untuk Pendidikan Profesional Tinggi di bidang studi yang dilaksanakan di Fakultas Kimia Universitas Pedagogi Negeri Rusia. A.I. Herzen, pengorganisasian proses pendidikan harus mencakup penggunaan bentuk-bentuk penyelenggaraan kelas yang aktif dan interaktif, termasuk simulasi komputer. Kelas yang dilaksanakan dengan bentuk ini harus menghabiskan setidaknya 30 persen waktu kelas.

Menafsirkan bentuk-bentuk penyelenggaraan kelas yang aktif dan interaktif dalam rangka mengikutsertakan siswa dalam interaksi pendidikan langsung atau tidak langsung yang intensif, harus diakui bahwa program pelatihan komputer berdasarkan prinsip teknologi, inovasi, individualisasi, diferensiasi, integrasi membuka peluang baru dalam pengorganisasian. interaksi mata pelajaran, isi dan sifat kegiatannya. Secara khusus, dalam pengajaran kimia, pendekatan semacam itu membantu meningkatkan tingkat asimilasi pengetahuan informasi kimia dan kemampuan menerapkannya, pengembangan kemampuan berpikir integratif dan kreatif siswa, dan pembentukan keterampilan umum untuk menyelesaikan situasi masalah. .

Peningkatan alat pembelajaran elektronik telah menyebabkan modernisasi proses pendidikan secara keseluruhan: perkuliahan diadakan dalam mode presentasi, metode interaktif penyajian materi pendidikan digunakan untuk mengadakan kelas praktik dan seminar, tes dan ujian dilakukan dengan menggunakan kendali mesin.

Saat mengajar kimia, bagian paling konservatif dari proses pendidikan tetap berupa lokakarya laboratorium, kelayakan untuk sepenuhnya mentransfernya ke mode e-learning belum sepenuhnya jelas. Namun, peluang khusus untuk menerapkan pembelajaran interaktif di sini diciptakan oleh eksperimen kimia pendidikan jenis baru - laboratorium virtual.

Laboratorium virtual dipahami sebagai program komputer yang memungkinkan Anda untuk mensimulasikan proses kimia di komputer, mengubah kondisi dan parameter implementasinya. Saat melakukan pekerjaan laboratorium virtual, siswa mengoperasikan sampel zat dan komponen peralatan yang mereproduksi penampakan dan fungsi benda nyata.

Di satu sisi, aspek positif dari laboratorium virtual terlihat jelas - teknologi komputer modern dalam beberapa kasus memungkinkan untuk menjauh dari proses kimia yang sebenarnya tanpa kehilangan kualitas informasi yang diterima. Kebutuhan khusus untuk melakukan pekerjaan laboratorium virtual muncul, pertama-tama, selama korespondensi dan pembelajaran jarak jauh, serta ketika siswa mengerjakan kelas yang tidak terjawab, kurangnya peralatan yang rumit dan reagen yang mahal atau tidak dapat diakses. Selain itu, untuk beberapa pekerjaan, kemungkinan kerja praktek laboratorium yang terkomputerisasi lebih luas dibandingkan dengan kerja praktek tradisional. Dengan demikian, siswa mempunyai kesempatan untuk mempelajari reaksi dengan zat yang dilarang untuk digunakan dalam proses pendidikan, tidak ada batasan waktu, siswa dapat mengerjakan pekerjaan (atau mempersiapkannya) di luar waktu kelas, dan mengulanginya berkali-kali.

Terlepas dari keuntungan dan kebutuhan yang jelas untuk praktik pendidikan di laboratorium virtual, jumlah dan pengalaman menggunakannya dalam pembelajaran interaktif dan jarak jauh dalam disiplin kimia, misalnya kimia fisika, dalam praktik di luar negeri dan dalam negeri tidak begitu besar. Laboratorium kimia virtual terutama dibuat untuk pendidikan umum menengah (“Laboratorium Kimia Virtual untuk ISO Kelas 8-11”). Sedangkan untuk pendidikan tinggi, terdapat sejumlah laboratorium kimia virtual yang terbatas terutama di bidang kimia anorganik, umum dan organik untuk bidang non-kimia/profil pelatihan, hampir semuanya dalam bahasa Inggris, dalam beberapa kasus diperlukan pendaftaran dan pembayaran untuk menggunakan versi lengkap: Chemlab, Crocodile Chemistry 605, dan produk pendidikan "Yenka", diadaptasi untuk sekolah-sekolah Rusia, dibuat atas dasar itu, Laboratorium Kimia Virtual, Dartmouth ChemLab - panduan interaktif untuk melakukan pekerjaan laboratorium dalam kimia umum, yang sebenarnya bukan laboratorium virtual) , kumpulan visualisasi dan simulasi komputer Simulasi Percobaan Kimia dan Virtlab: Laboratorium Virtual dan beberapa lainnya.

Laboratorium virtual khusus untuk kimia fisik tidak terwakili sama sekali di pasar produk pendidikan. Tentu saja, universitas, jika memungkinkan, membuat pekerjaan laboratorium virtual dalam kimia fisik, dengan mempertimbangkan kekhususannya, paling sering untuk bekerja dengan siswanya sendiri. Misalnya, produk perangkat lunak “Module of Applied Chemistry” (MPH), yang dikembangkan di departemen IU-6 MSTU. NE. Bauman. Sesuai dengan kurikulum disiplin ilmu “Kimia Fisika”, diharapkan dapat melakukan beberapa pekerjaan laboratorium, antara lain pada topik “Termokimia”, “Kesetimbangan Fase”, “Fenomena Permukaan”.

Berkat MPH, pekerjaan laboratorium pada topik-topik ini dapat dilakukan secara real-time (Real Time), dengan menerapkan model pembelajaran jarak jauh campuran. Contoh lainnya adalah pekerjaan laboratorium virtual di Institut Teknologi Pangan Kemerovo.

Tingkat perkembangan tersebut sangat beragam baik dari sudut pandang teknis maupun metodologis, dan penggunaannya terbatas. Perancangan dan implementasi independen dari lingkungan pendidikan informasi yang sangat spesifik pada mata pelajaran adalah tugas yang sangat kompleks, memerlukan basis operasi khusus, tim pemrogram, guru dan ahli kimia, serta waktu dan biaya finansial yang besar. Kami percaya bahwa akan lebih tepat untuk mengadaptasi atau membuat, dalam laboratorium virtual yang ada, pekerjaan laboratorium virtual kami sendiri yang memenuhi spesifikasi OOP dan program disiplin ini. Secara khusus, kami menggunakan laboratorium virtual proyek The ChemCollective untuk membuat karya laboratorium virtual kami sendiri di bidang kimia fisik.

Lab Kimia IrYdium, kelebihannya adalah seperangkat reagen virtual dan instrumen fisik dan kimia yang memuaskan, antarmuka yang ramah pengguna sebagian Russified, program pengembangan tugas bawaan, dan penggunaan gratis yang diizinkan oleh pengembang.

Dibuat oleh kami berdasarkan Lab Kimia IrYdium dan diuji di bengkel laboratorium kimia fisik di Universitas Pedagogi Negeri Rusia. A.I. Pekerjaan laboratorium virtual Herzen adalah simulasi karya eksperimental lokakarya laboratorium nyata dengan topik “Termokimia”: “Penentuan panas pelarutan garam”, “Penentuan efek termal pembentukan kristal hidrat dari garam anhidrat dan air” , “Penentuan kalor netralisasi asam kuat oleh basa kuat”, yang pelaksanaannya disediakan program kerja disiplin ilmu “Kimia Fisika”. Setiap karya mencakup berbagai macam tugas (zat yang dipelajari, massa/volumenya) dan dilengkapi dengan instruksi metodologis untuk siswa dan guru. Kemajuan pekerjaan laboratorium virtual sedekat mungkin dengan pelaksanaan eksperimen kimia nyata; Dengan menggunakan program komputer, siswa melakukan tindakan tertentu yang telah dipikirkannya sesuai dengan tugas tertentu: memilih reagen, menimbang, mengukur volume, mencatat perubahan suhu, melakukan pengamatan (dalam bentuk gambar virtual), memproses, merangkum dan menganalisis. hasil percobaan dalam laporan.

Terlepas dari kelebihan yang dijelaskan, dengan berkembangnya teknologi pengajaran komputer, pertanyaan tentang perlunya menciptakan pekerjaan laboratorium virtual dan pengalihan sebagian atau seluruh lokakarya dari laboratorium ke kelas komputer semakin banyak dibicarakan.

Pada saat yang sama, beberapa penulis menjelaskan perlunya transisi tersebut dengan tingginya biaya peralatan laboratorium, yang lain dengan kurangnya sumber daya waktu atau penyatuan program pendidikan sesuai dengan Deklarasi Bologna, dll. Namun, kelemahan utama dari laboratorium virtual adalah tidak adanya kontak langsung antara siswa dengan objek penelitian, instrumen dan perlengkapan.

Seperti sebagian besar kolega kami, kami percaya bahwa objek studi kimia adalah zat yang memiliki serangkaian karakteristik dan sifat yang bahkan tidak dapat direproduksi oleh model komputer tercanggih sekalipun. Pendekatan terhadap masalah penciptaan pekerjaan laboratorium virtual dan implementasinya dalam proses pendidikan harus mempertimbangkan kekhususan disiplin kimia untuk mencegah terbentuknya pasukan spesialis “virtual” yang memiliki pengalaman bekerja hanya dengan model yang diidealkan, dan bukan dengan objek dan fenomena nyata, padahal tingkat tanggung jawab mereka ketika bekerja di produksi begitu besar sehingga tidak hanya menentukan keselamatan lingkungan, tetapi juga keberadaan dunia sekitarnya.

Pengalaman menggunakan pekerjaan laboratorium virtual di bengkel kimia menunjukkan bahwa kombinasi eksperimen virtual dan nyata lebih disukai, di mana model komputer dari proses yang dipelajari memiliki fungsi tambahan untuk mempersiapkan siswa melakukan tindakan dengan objek nyata. Laboratorium virtual memungkinkan Anda menyusun metodologi untuk mempelajari proses nyata, memperkirakan kemungkinan kesalahan dalam menyiapkan dan melakukan eksperimen, mempercepat pemrosesan matematis dan interpretasi data yang diperoleh, dan menyusun laporan. Guru mempunyai kesempatan nyata untuk memberikan tugas kepada siswa untuk menentukan kondisi percobaan yang optimal. Pemecahan masalah ini dapat diimplementasikan dalam eksperimen kimia virtual setelah mempelajari sifat-sifat model, yang memungkinkan siswa untuk membenarkan kondisi untuk melakukan eksperimen nyata. Hal ini terutama berlaku ketika bekerja dengan benda kimia berbahaya (misalnya, asam dan basa pekat, zat yang mudah terbakar atau beracun), maka laboratorium virtual harus digunakan pada tahap pertama, dan hanya setelah memperoleh keterampilan yang diperlukan, lanjutkan jika diperlukan, untuk bekerja dengan objek nyata.

Tidak ada keraguan bahwa pekerjaan laboratorium virtual dan simulasi komputer lain yang kami tawarkan tidak dapat dan tidak boleh menggantikan eksperimen kimia nyata, namun, ada sejumlah situasi ketika penggunaan laboratorium virtual adalah cara pembelajaran yang disukai atau satu-satunya yang mungkin dilakukan. Pertama-tama, ini adalah pembelajaran jarak jauh, ketika siswa tidak hadir secara fisik di laboratorium, misalnya selama pembelajaran jarak jauh atau penuh waktu karena sakit atau karena magang di luar negeri. Selain itu, adanya kebutuhan untuk mengganti kelas yang terlewat, perlunya persiapan/pelatihan sebelum melakukan pekerjaan laboratorium yang sebenarnya, dan lain-lain. Dengan bentuk penyelenggaraan kelas yang interaktif, pekerjaan laboratorium virtual memungkinkan simulasi komputer yang visual dan andal dari proses fisik dan kimia, menyebabkan dan mengamati respons sistem terhadap pengaruh eksternal, termasuk jumlah maksimum siswa di kelas dalam interaksi pendidikan yang produktif.

Jadi, dari sudut pandang kami, bentuk kelas kimia yang aktif dan interaktif harus berisi eksperimen nyata pada peralatan modern dan pekerjaan laboratorium virtual dalam mempelajari proses kimia dalam proporsi yang optimal dan berbasis ilmiah, yang memungkinkan perkembangan dinamis dari proses kimia. struktur dan metodologi pengajaran kimia berdasarkan pencapaian ilmu pengetahuan, teknologi, dan metode pengetahuan terkini. pelatihan kerjasama penyerangan virtual