Использование цифровой лаборатории "Архимед" в школьном химическом эксперименте

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Пензенский государственный педагогический университет им. В.Г. Белинского

Факультет естественно-географический

Кафедра химии и теории и методики обучения химии

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

Использование цифровой лаборатории «Архимед» в школьном химическом эксперименте

Студент Макарова О.Е.

Руководитель Фирстова Н.В.

К защите допустить.

Протокол № от «___» ____2009 г.

Зав. Кафедрой Керимов Э.Ю.

Пенза, 2009

Содержание

 

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Информатизация системы образования

1.2 Информатизация химического образования

1.3 Цифровая лаборатория «Архимед» – новое поколение школьных естественно-научных лабораторий

1.3.1 Цифровая лаборатория «Архимед» в преподавании химии

1.3.2 Анализ методических разработок и материалов по применению цифровой лаборатории «Архимед» на уроках химии

Глава 2. Методы исследования

2.1 Настройка работы и регистрация данных с помощью цифровой лаборатории «Архимед»

2.2 Анкетирование

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1 Методические разработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для урочной деятельности

3.2 Методические разработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для элективных курсов и исследовательской работы учащихся

3.2.1 Методические разработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для элективного курса «Химия и медицина»

3.2.2 Методические разработки опытов, с использованием цифровой лаборатории «Архимед», для элективного курса «Химия и экология»

3.3 Апробация методических разработок опытов с использованием цифровой лаборатории «Архимед» в урочной деятельности и на элективных курсах

Выводы

Список литературы

Приложение 1. Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в 9 классах

Приложение 2. Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в 8классах

Приложение 3. Примерное календарно-тематическое планирование учебного материала по химии в 11 классах

Приложение 4. Тематическое содержание программы элективного курса «Химия и медицина»

Приложение 5. Тематическое содержание программы элективного курса «Химия и экология»

Приложение 6. Конспект занятия «Анализ качества пищевых продуктов»

Приложение 7. Анкета для учащихся перед выполнением эксперимента

Приложение 8. Анкета для учащихся после выполнения работы

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня в условиях развития информационного общества одним из ключевых элементов, позволяющих максимально индивидуализировать учебный процесс, является информатизация обучения, основанная на применении информационно-коммуникационных технологий (ИКТ), на организации учебного процесса в специализированной открытой информационно-образовательной среде, в которой посредством ИКТ происходит обмен учебной информацией.

В мировой практике имеется много примеров успешного использования информационно-коммуникационных технологий в образовании. Новые условия развития образования, реализация федеральных и региональных целевых программ и проектов вызывают необходимость разработки новой среднесрочной программы информатизации системы образования.

Для реализации принятой Правительством РФ «Концепции модернизации российского образования» разрабатывается проект «Информатизация системы образования» (2004-2009 гг.) Федерального агентства по образованию РФ. Основная идея проекта «Информатизация системы образования» – это создание условий для системного внедрения и активного использования ИКТ в работе школы. Участвующие в проекте школы перейдут на новую ступень использования ИКТ в учебном процессе, начнут активно использовать современные цифровые образовательные ресурсы.

Анализ состояния дел в области информатизации, проведенный в ходе подготовки проекта, выявил острую нехватку специалистов, способных создавать практически эффективные цифровые образовательные ресурсы и грамотно использовать их на практике. В связи с вышеизложенным, актуальным представляется создание новых моделей подготовки будущих учителей, работающих с использованием создаваемых в проекте цифровых учебно-методических материалов.

Одним из примеров реализации идей проекта «Информатизация системы образования» в естественно-научном образовании является создание и установка в школах цифровых лабораторий, которые позволят перевести школьный практикум естествознания на качественно новый уровень; подготовить учащихся к самостоятельной творческой работе в любой области знаний; осуществить приоритет деятельностного подхода к процессу обучения; развить у учащихся широкий комплекс общих учебных и предметных умений; овладеть способами деятельности, формирующими познавательную, информационную, коммуникативную компетенции.

Цифровая лаборатория «Архимед» – это новое поколение естественно-научных лабораторий – оборудование для проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ. Входящие в состав цифровой лаборатории «Архимед» цифровые образовательные ресурсы и цифровые лабораторные комплексы, направлены на выполнение следующих задач: комплексное использование материально-технических средств обучения на основе современных технико-педагогических принципов; переход от репродуктивных форм учебной деятельности к самостоятельным, поисково-исследовательским видам работы; перенос акцента на практико-ориентированный компонент учебной деятельности; формирование коммуникативной культуры учащихся; развитие умений работы с различными типами информации и ее источников.

Сегодня цифровые лаборатории «Архимед» используются в практике обучения по физике, химии, биологии, экологии и пр. во многих школах России; учителями создан и опробован целый ряд методик применения КПК на уроках. Институт новых технологий проводит конкурсы подобных методических разработок [2]; материалы по применению цифровых лабораторий «Архимед» стали все чаще появляться в трудах образовательных конференций и конгрессов и в публикациях прессы.

Объект исследования: учебно–воспитательный процесс в средних общеобразовательных учреждениях.

Предмет исследования: методическая деятельность учителя химии по использованию современных средств обучения в химическом эксперименте.

Целью нашей работы было исследование возможностей цифровой лаборатории «Архимед» для применения в урочной и внеурочной деятельности по химии.

Цель, предмет и объект исследования предполагают решение следующих задач:

1.   Обобщить и систематизировать материалы по основным направлениям развития информационных и коммуникационных технологий в современном естественно-научном образовании, в частности в обучении химии.

2.   Освоить технику работы с использованием цифровой лаборатории «Архимед».

3.   Провести методический анализ разработок опытов по химии создателей цифровой лаборатории «Архимед».

4.   Разработать методики и теоретическое обоснование результатов экспериментов с использованием цифровой лаборатории «Архимед» в урочной и внеурочной деятельности (элективные курсы «Химия и медицина», «Химия и экология») по химии.

5.   Апробировать самостоятельно разработанные, модифицированные и предложенные разработчиками цифровой лаборатории «Архимед» опыты в урочной и внеурочной деятельности по химии.

6.   Провести анкетирование в группе учащихся, использовавших в своей работе цифровую лабораторию «Архимед», с целью исследования эффективности её применения для процесса обучения.

7.   Составить пособие к практикуму для учащихся – слушателей элективных курсов «Химия и экология» и «Химия и медицина» в форме рабочей тетради.

Глава 1. Обзор литературы

 

1.1 Информатизация системы образования

 

Человечество стремительно вступает в принципиально новую для него информационную эпоху. Существенным образом меняются все слагаемые образа жизни людей.

Мир меняется стремительно, меняются и требования к системе образования. Она уже сегодня должна ориентироваться на те потребности общества, которые появятся через 10-15 лет. Необходима целостная стратегия совершенствования системы общего образования в условиях глобальных процессов информатизации всех сфер жизни общества.

Цель и принципы информатизации системы образования [18]

Стратегическая цель – подготовка детей и молодежи к полноценной жизни в информационном обществе за счет повышения качества образования посредством формирования единой информационно-образовательной среды и интенсивного внедрения информационно-коммуникационных технологий в образовательный процесс.

Концептуальными принципами информатизации образования являются:

·     принцип приоритетности – информатизация образования должна стать приоритетной областью государственной политики в области информатизации, что будет выражаться в усиленном ресурсном обеспечении;

·     принцип системности – процесс информатизации должен обеспечить изменение системных свойств системы;

·     принцип направляемого развития – так как реальные процессы внедрения информационно-коммуникационных технологий в систему образования будут развиваться в силу внутренних и внешних факторов, то цель управления информатизацией образования – направлять, корректировать объективно протекающие процессы саморазвития;

·     принцип учета ограниченности ресурсов – так как ресурсы образовательной системы ограничены, то управление информатизацией образования предполагает оптимальный выбор и комбинирование ресурсов;

·     принцип культуросообразности – информатизация образования должна строиться на учете национально-культурных особенностей, уклада жизни, ценностных ориентаций и норм поведения населения.

Основная идея проекта «Информатизация системы образования» – это создание условий для системного внедрения и активного использования ИКТ в работе школы. Участвующие в проекте школы перейдут на новую ступень использования ИКТ в учебном процессе, начнут активно использовать современные цифровые образовательные ресурсы. В них создадутся условия для творчества учителей, активной самостоятельной работы учащихся, гибкую организацию процессов учения и обучения. Сложившаяся в нашей стране модель массовой школы ориентирована, прежде всего, на унификацию учебного процесса. Информационные технологии ХХ века, на которых она построена, требовали использовать закрытую учебную архитектуру [32].

Постановка новых образовательных задач, связанных с преодолением кризиса Тоффлера [31] требуют перехода к открытой учебной архитектуре [33]. Это невозможно без смены технологического базиса общего образования. Проект информатизации системы образования будет создавать условия для соответствующей трансформации [34]. В рамках проекта:

·     разрабатываются качественно новые учебные и методические материалы (компонент 1);

·     трансформируется существующая система переподготовки и текущей методической поддержки педагогов (компонент 2);

·     создаются межшкольные методические центры (компонент 3), обеспечивающие постепенную трансформацию муниципальной методической службы и внедрение новых учебных материалов в практику работы школы.

Второй компонент проекта (подготовка педагогов) включает в себя:

·     переподготовку работников управления образованием пилотных регионов (на региональном и муниципальном уровнях), которые разрабатывают и проводят в жизнь региональные и муниципальные планы преобразования работы школы,

·     переподготовку членов базовых (проектных) школьных команд, которые разрабатывают и проводят в жизнь планы информатизации своей школы,

·     переподготовку предметных команд педагогов, которые будут обучать школьников на основе нового поколения цифровых образовательных материалов для шести предметных областей,

·     создание новых моделей подготовки будущих учителей, подготовку их к работе с использованием создаваемых в проекте цифровых учебно-методических материалов,

·     разработка системы управления качеством подготовки, переподготовки и повышения квалификации педагогов в области информатизации образования, с использованием универсальной (единой) системы учебных планов и модульных курсов подготовки, которая обеспечивает фиксацию, сохранение и распространение полученных в ходе проекта результатов на всю систему образования.

Анализ состояния дел в области информатизации, проведенный в ходе подготовки проекта, выявил острую нехватку специалистов, способных создавать практически эффективные цифровые образовательные ресурсы и грамотно использовать их на практике. Для успеха программы информатизации школы необходимо существенное развитие отечественного потенциала в области разработки и эффективного использования цифровых учебных материалов нового поколения. С этой целью, в рамках второго компонента предусмотрены меры по дополнительной подготовке специалистов в области педагогического дизайна, подготовке и изданию необходимых учебных и информационных материалов, широкой подготовке и информированию педагогов в области педагогического дизайна.

На всей территории РФ будут доступны как учебные материалы нового поколения для работы школьников и подготовки педагогов, так консультации по использованию этих материалов. Будет сформирован корпус методистов, которые смогут оказывать необходимую поддержку педагогам и после завершения проекта. Базой для переподготовки и последующей методической поддержки учителей станут межшкольные методические центры (компонент 3). Особенность предлагаемых программ обучения состоит в том, что они основываются на представлениях компетентностного подхода. Обучение педагогов включает в себя не только передачу соответствующих знаний и умений в ходе серии последовательных учебных мастерских, но и практическое использование этих знаний и умений педагогами в реальном учебном процессе, их постоянную консультационную поддержку, формирование (в том числе, с использованием Интернета) сетевых групп методической поддержки учителей. В результате должно произойти не только повышение квалификации педагогов, но и появиться практические изменения практики учебной работы в школах и профессиональных училищах, распространиться опыт и материалы для осуществления аналогичной трансформации в школах других регионов страны [34].

Структура массовой переподготовки педагогов включает пять основных процессов:

·     Формирование у педагогов интереса к использованию ИКТ в учебном процессе еще до включения учителя в подготовку. Эта подготовка – добровольное дело педагога, желающего принять участие в решение наиболее противоречивых и острых задач современного образования, получать большее удовлетворение от своей работы [34].

·     Ознакомление учителей с соответствующими способами педагогической работы с использованием ИКТ и специально разработанных учебно-методических материалов. Эта работа проводится в рамках специально организуемых мастерских. Содержание занятий мастерской определяется в соответствии с целевой группой обучаемых. Основной упор делается на поддержку дальнейшей самостоятельной работы педагогов. Например, при ознакомлении с ИКТ демонстрируются не столько основные приемы работы, сколько использование документации, обучающих программ, мастеров и подсказок для самостоятельного освоения соответствующих программных и технических средств [34].

·     Оперативная поддержка, создание «среды сотрудничества» для прошедших подготовку педагогов: образование малых сетевых (в том числе, с помощью Интернет) групп взаимопомощи, постоянная в течение учебного года поддержка работы таких групп методистом, который проводил подготовку учителей [34].

·     Анализ результатов практической работы и рефлексия процессов саморазвития учителя. Работа проводится в рамках мастерских и способствует закреплению и развитию методов профессионального саморазвития педагогов. Она является обязательной составной частью каждой из мастерских, наряду со знакомством с опытом передовых школ и учителей, педагогическими и поддерживающими их информационными технологиями. В ходе этой работы также стимулируется и поддерживается «растущая снизу» ассоциация преподавателей, где каждый педагог чувствует поддержку коллег, стремится и имеет реальную возможность достичь высших уровней педагогического мастерства [34].

Организационно переподготовка учителей проводится в форме краткосрочных семинаров (мастерских), которые проводятся 2-3 раза в год, а также методически и консультационно поддержанной практической работы педагогов в классе между этими семинарами. Вводный семинар предваряется «вступительным тестом», который помогает познакомиться с курсантами, определить их учебные стили и специфические нужды, что следует учесть в процессе переподготовки (знакомство с педагогическими техниками, уровень владения компьютером, тип интеллекта и т.п.). (Интенсивный семинар ориентирован на 6-12 дней занятий и проводится до начала учебного года). Успешно завершив вводный семинар, преподаватель возвращается к практической работе в школе, получая необходимую методическую поддержку. За нее отвечает методист, участвовавший в проведении семинара. Там, где есть технические условия, эту работу можно организовать с использованием Интернет. Сетевые группы взаимопомощи должны облегчить применение полученных знаний, способствовать созданию среды для формирования профессионального сообщества [34].

Составной частью методической поддержки являются семинарские занятия, проводимые в две сессии: в середине учебного года и по его окончании. Первая часть основного семинара проходит во время зимних каникул, как интенсивный пятидневный цикл занятий. Содержание работы семинара включает в себя подробный анализ работы в классе в первом полугодии (рефлексия, разбор удачных случаев), рассмотрение особенностей проведения занятий во втором полугодии. На этом семинаре участники проходят также цикл различных обязательных занятий. Основной результат семинара – индивидуальный план работы в классе на второе полугодие. Вторая часть основного семинара проводится по окончании учебного года. Содержание занятий включает анализ работы во втором полугодии и планирование занятий на следующий учебный год. На этом семинаре участники проходят цикл различных обязательных занятий. Участники завершают семинар отчетом о результатах учебного года и планом работы на следующий учебный год. В итоге, все участники, которые прошли основной цикл подготовки, включающий в себя три семинара и один учебный год моделируемой практической работы в школе, получают соответствующие сертификаты. При желании учитель может (и должен) модифицировать имеющиеся в его распоряжении новые методы работы. Для тех педагогов, которые хотят совершенствоваться в этом направлении, предлагается следующая ступень переподготовки [34].

Мастерская учителей организуется по окончании второго учебного года. Программа мастерской включает в себя анализ работы в прошедшем учебном году (рефлексия, разбор удачных случаев модификации и проектирования модулей) и ряд обязательных курсов. Мастерская завершается подготовкой учителями индивидуальных образовательных проектов для реализации в предстоящем учебном году. Успешное завершение мастерской учителей служит основанием для соответствующей сертификации педагогов, прошедших продвинутый цикл подготовки, который состоит из основного цикла и мастерской учителей, предваряемой одним дополнительным учебным годом моделируемой практической работы в школе [34].

После трех лет практической работы учителя могут пройти специальную подготовку и стать методистами по использованию ИКТ в учебной работе. Программа семинара методистов (Методический семинар) предусматривает участие курсанта в качестве ассистента в работе семинара по подготовке учителей (помощь работающему методисту, рефлексия работы). После стажировки в качестве методиста в течение учебного года (проведение семинаров, поддержка участников по компьютерной сети) курсант, успешно завершивший семинар, получает сертификат учителя-методиста с правом участвовать в подготовке учителей [34].

Обязательной составной частью сетевой поддержки педагогов являются:

– ведение списка рассылки и ленты новостей сетевого объединения педагогов;

– обмен видеофрагментами своих достижений (уроки, ученические конференции и т.п.) между участвующими в работе педагогами;

– регулярная подготовка сетевых методических бюллетеней, а также периодический выпуск интегрированных «бумажных» изданий.

Постоянно действующая сетевая поддержка, как составная часть массовой подготовки педагогов, представляет собой элемент системы управления содержательными преобразованиями в работе школы [34].

Проблемы и противоречия информатизации системы общего образования

Оценка реализации Государственной программы развития образования, анализ образовательной ситуации показывают, что, несмотря на значительные результаты информатизации системы общего образования, имеются проблемы, требующие разрешения [18]:

1. Отраслевой характер информатизации в России, рассогласованность действий по различным отраслям значительно усложняет и снижает эффективность принимаемых мер.

2. Отсутствие системности организации и координации процесса информатизации.

3. Процессы информатизации идут в большей степени стихийно, нет четкой координации и согласования управленческих действий на разных уровнях. Темпы и уровень информатизации зависят от компетентности руководителей образовательных учреждений и органов управления образованием.

4. Недостаточная разработанность нормативно-правового обеспечения процесса информатизации.

5. Отсутствие республиканского компонента в содержании школьного курса информатики, контроля за качеством образования учащихся по информатике.

6. Слабая развитость информационных каналов оперативного управления образованием; недостаточная оснащенность образовательных учреждений современными обучающими компьютерными программами.

7. Малоэффективное использование имеющейся компьютерной техники в образовательном процессе.

8. Недостаточная разработанность механизмов стимулирования труда учителей информатики и учителей, использующих ИКТ.

Наличие широкого спектра проблем указывает на сложившиеся в системе общего образования противоречия [18]:

- между приоритетностью информатизации и обособленность и отраслевым характером информатизации образования;

- между многообразием существующих средств образовательных технологий, высоким уровнем обеспеченность компьютерной техникой и малоэффективным использованием имеющихся информационных ресурсов в образовательном процессе; дефицитом квалифицированных кадров в области ИКТ;

- между необходимостью широкого использования ИКТ, высоким уровнем потребности в дистанционном образовании и несформированностью информационной образовательной среды, которая позволила бы эту потребность реализовать;

- между широкой реализацией республиканских и муниципальных программ и проектов информатизации образования и неразработанностью механизмов управления комплексной информатизацией систем образования, критериев определения эффективности использования ИКТ, механизмов оценки результативности, эффективности и социального влияния программ информатизации.

Потенциально информатизация системы общего образования может обеспечить повышение уровня качества образования, эффективности и информационной привлекательности деятельности образовательных учреждений. Однако, такой прорыв предполагает наличие четкой стратегии информатизации образования, последовательных и скоординированных действий в этой сфере.