Использование цифровых образовательных ресурсов (цор): интерактивные симуляции, 3d-моделирование и виртуальные лаборатории в преподавании химии и биологии

УДК

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ (ЦОР): ИНТЕРАКТИВНЫЕ СИМУЛЯЦИИ, 3D-МОДЕЛИРОВАНИЕ И ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ В ПРЕПОДАВАНИИ

ХИМИИ И БИОЛОГИИ

Карпова Людмила Анатольевна

учитель химии и биологии, категория мастер, КГУ ОШ Бірінші мамыр Толебийского района Туркестанской области, Казахстан

Аңдатпа: Мақала жасанды интеллектіні, қазіргі заманғы цифрлық білім беру ресурстарын (ЦОР) жалпы білім беру мектебінде химия және биология пәндерін оқыту процесіне интеграциялау мәселесіне арналған. Цифрландыру жағдайында заманауи білім беруде мұғалімдер үшін интерактивті симуляциялар, 3D-модельдеу және виртуалды лабораториялар сияқты инновациялық құралдарды меңгеру мен пайдалану қажеттілігі туындайды. Мақала ЦОР-ды енгізу бойынша теориялық негіздемені, практикалық ұсынымдарды, мысалдарды қамтиды, бұл табиғи ғылымдар білімінің сапасын арттыруға бағытталған. Мақаланың мақсаты – білім беру жүйесіндегі жасанды интеллектінің рөлін атап өту, химия және биология мұғалімдеріне цифрлық құралдарды қолдану әдістерін меңгеруге практикалық көмек көрсету, абстрактілі процестерді визуализациялау, "қауіпсіз" және "қол жетімсіз" тәжірибелер жүргізу, оқушылардың зерттеу және аналитикалық құзыреттерін дамыту.

Кілт сөздер: жасанды интеллект, инновациялық оқыту әдістері, цифрлық білім беру ресурстары, жаратылыстану ғылыми сауаттылығы, негізгі құзыреттер.

Abstract: This article addresses the integration of artificial intelligence and modern digital educational resources (DER) into the teaching of chemistry and biology in general education schools. With the digitalization of education, there is a growing need for educators to utilize innovative tools like interactive simulations, 3D modeling, and virtual laboratories. The article offers theoretical justification, practical recommendations, and examples for implementing DER to improve the quality of natural science education. Its aim is to highlight the role of artificial intelligence in education and to assist teachers in employing digital tools to visualize abstract processes and conduct "safe" experiments. Keywords: artificial intelligence, innovative teaching methods, digital educational resources, scientific literacy, key competencies.

Современная образовательная парадигма в Республике Казахстан, ориентированная на развитие функциональной грамотности и предметных компетенций, требует от учителя постоянного поиска и внедрения инновационных методов обучения. В последние годы особое влияние на все сферы жизни человека, включая и сферу образования, оказывает искусственный интеллект. Современные образовательные ресурсы, основанные на применении искусственного интеллекта, открывают перед педагогами новые горизонты, позволяя изменить традиционные подходы к обучению и создать школу будущего, где каждый ученик сможет реализовать свой потенциал. Умные помощники и автоматизированные системы обучения освобождают учителей от выполнения рутинных задач, связанных с подготовкой к уроку, сбору информации, подбору ресурсов, способов и форм проверки и оценивания деятельности учащихся на уроке, составлением, распечаткой планов и пособий, проверкой домашних заданий и тестов. Это позволяет педагогам сосредоточиться на более значимых аспектах своего дела — взаимодействием с учениками и их индивидуальной поддержке. Помимо этого, ИИ может выступать в роли тьюторов, предоставляя мгновенные ответы на вопросы учеников и помогая им в изучении сложных тем. Такие системы могут работать 24/7, предоставляя помощь в любое время, что особенно важно для учеников, у которых есть разные графики обучения и обязанностей. Интеграция ИИ с виртуальной и дополненной реальностью открывает новые возможности для создания интерактивного и иммерсивного обучения. Ученики могут погружаться в виртуальные миры, изучая исторические события, сложные концепции или проведя научные эксперименты в безопасной среде. Это не только увлекательно, но и значительно улучшает понимание и запоминание материала.

В преподавании химии и биологии ключевыми проблемами преподавания остаются сложность визуализации абстрактных молекулярных и клеточных процессов, а также ограничения в проведении реальных, дорогостоящих или опасных лабораторных и практических работ. Для преодоления этих проблем, искусственный интеллект предоставляет возможность использования цифровых образовательных ресурсов, таких как интерактивные симуляции, 3D-моделирование и виртуальные лаборатории. Такие ресурсы становится не просто желательным, а необходимым условием для преодоления этих барьеров. Они обеспечивают наглядность, доступность, персонализированность и возможность многократного повторения эксперимента, что соответствует целям обновленного содержания образования. Таким образом, применение цифровых образовательных ресурсов в образовательном процессе поможет: 1. Повысить наглядность. Учащиеся смогут "увидеть" химические реакции на молекулярном уровне или сложные биологические структуры в 3D формате. 2.. Развить исследовательские навыки. Виртуальные лаборатории позволят проводить эксперименты по принципу "что, если...", формируя умение выдвигать гипотезы и анализировать результаты.

3. Обеспечить безопасность: исключить риски при работе с опасными реактивами (химия) или редкими/живыми объектами (биология). 4. Персонализировать обучение: ЦОР позволяют учащимся работать в индивидуальном темпе, повторяя сложные этапы.

5. Повысить уровень предметных знаний и устойчивого интереса учащихся к химии и биологии.

6. Сформировать ключевые компетенции XXI века: цифровую грамотность, критическое мышление и навыки решения проблем.

7. Экономить школьные ресурсы (реактивы, оборудование).

Классификация и функции цифровых образовательных ресурсов (ЦОР)

ЦОР представляют собой широкий спектр электронных средств, предназначенных для использования в учебном процессе. В контексте преподавания естественнонаучных дисциплин, наибольшую методическую ценность представляют три ключевых вида, на которых сфокусирована данная статья.

Таблица 1. Классификация и особенности цифровых образовательных ресурсов (ЦОР)

Дидактические функции ЦОР:

1. Компенсаторная. Замещение отсутствия или нехватки реального оборудования и реактивов.

2. Познавательная. Расширение объема усваиваемой информации и повышение глубины понимания за счет визуализации и динамики.

3. Контролирующая. Встроенные механизмы обратной связи и самоконтроля, позволяющие ученику сразу увидеть последствия своих действий.

4. Развивающая. Формирование навыков работы с цифровыми инструментами, умения анализировать данные, представленные в различных форматах (графики, таблицы, 3D-модели).

Психолого-педагогические основы применения ЦОР

Эффективность внедрения ЦОР обусловлена их соответствием психофизиологическим особенностям современного ученика и принципам усвоения знаний. [3]

Психологические аспекты.

• Наглядность и восприятие. Доказано, что человек усваивает около 80% информации через визуальный канал. Динамические 3D-модели и симуляции максимально задействуют зрительную память, делая сложный материал более доступным и запоминающимся.

• Мотивация и вовлеченность. Современное поколение, привыкшее к интерактивному контенту (игры, социальные сети), лучше реагирует на уроки, где они могут взаимодействовать, а не пассивно слушать. Игровые и соревновательные элементы, присущие многим ЦОР, значительно повышают внутреннюю мотивацию.

• Конструктивное обучение. ЦОР соответствуют принципам конструктивизма, согласно которым знания не передаются, а конструируются самим обучающимся. [4] Виртуальные лаборатории и симуляции позволяют учащемуся действовать по принципу "проб и ошибок", самостоятельно открывая законы и закономерности.

Педагогические основы.

• Деятельностный подход. ЦОР переводят фокус урока с объяснения учителя на активную деятельность ученика (планирование эксперимента, манипуляции с моделью, анализ результатов). Это напрямую способствует развитию практических и исследовательских навыков. [5]

• Дифференциация и индивидуализация. Использование ЦОР позволяет учителю предлагать разноуровневые задания. Сильные ученики могут исследовать сложные параметры симуляции, слабые – отрабатывать базовые навыки в безопасной среде.

• Формирование исследовательских навыков. Виртуальные лаборатории являются идеальной платформой для развития навыков научного исследования, таких как:

- Формулирование гипотезы.

- Планирование эксперимента (выбор виртуального оборудования и реактивов).

- Проведение эксперимента.

- Сбор и анализ виртуальных данных.

- Формулирование выводов.

Таким образом, ЦОР выступают как мощный дидактический медиатор, обеспечивающий глубокое и прочное усвоение естественнонаучных знаний, соответствующее требованиям цифровой эпохи.

Примеры ЦОР для использования на уроках химии и биологии

1.PHET интерактивные симуляции по основным школьным предметам

https://phet.colorado.edu/en/simulations/filter?subjects=chemistry&type=html
2. Виртуальные лаборатории по химии и биологии.https://content.edsoo.ru/lab/item/52/

3.Виртуальные практические работы и модели молекул и 3D модели по всем разделам химииhttps://orgchem.ru/album1.htm#2

4.ChemTube3D содержит интерактивные 3D-анимации и структуры химии https://www.chemtube3d.com/ssli2nhlinh2/

5.3D строение электронных орбиталей и молекул органических и неорганических веществhttps://sketchfab.com/Ricooring/collections/12994b028a6ea641198996db18d21f067f

6. 3D строение электронных орбиталей и молекул органических и неорганических веществ https://p3d.in/u/crystal3d

7. 3 Dмодели анатомия человека https://bio-sim.us/#3Д

8. 3D моделирование по биологии человека https://sketchfab.com/3d-models/craneo-dac32099ceab420193cf7a6efe10cdf9

9.Бесплатные иллюстрации, анимации, тесты, задания, симуляции и уроки для обучения анатомии и физиологии человекаhttps://www.humanbiomedia.org/lab-simulations/.

Основные характеристики ЦОР, представленных в коллекции.

Доступность: большой объем мультимедийных ресурсов размещены в свободном доступе поэтому нет необходимости в дополнительном программном обеспечении, бесплатные.

Интерактивность: все предложенные ЦОР содержат интерактивные модели, интерактивные анимации, интерактивные упражнения

Мультимедийность: тексты, видео, аудио-сопровождение, анимация

Вариативность.:возможность переключаться на различные темы и типы материала.

Актуальность: соответствуют требованиям времени, способствуют развитию функциональной грамотности учащихся.

Достоверность: все предложенные ресурсы прошли апробацию на уроках химии и биологии и доказали свою эффективность.

Заключение.

Искусственный интеллект и цифровые технологии на его базе имеют большой потенциал к изменению образования в лучшую сторону, предлагая новые формы взаимодействия, адаптивные методы обучения и более глубокое понимание процессов. Грамотно использзуя ресурсы искусственного интеллекта педагоги получают все необходимые инструменты для организации современного, эффективного и высокотехнологичного учебного процесса, который в полной мере отвечает вызовам цифровой эпохи и задачам по формированию компетентного, функционально грамотного гражданина.

Школа будущего, интегрировавшая ИИ, сможет создать инновационную среду, способствующую развитию индивидуальных навыков и талантов. Важно, чтобы эта трансформация происходила с учетом этических норм и потребностей каждого ученика, создавая пространство для роста и самореализации. Не стоит забывать, что искусственный интеллект – это творческий исполнитель задач, поставленных перед ним человеком!

Список литературы:

1.ТрухинА.В.Обиспользованиивиртуальныхлабораторийвобразовании//Открытоеидистанционное образование. 2002. № 4 (8). С. 81–82.

2. Ж.З. Ахметова. Методика преподавания химии с использованием электронных образовательных ресурсов. Учебно-методическое пособие. Астана, 2019. 150 с. С 23-24.

3.Л.М. Карпов. Цифровые инструменты учителя-предметника. Справочник. Минск: Высшая школа, 2024. 310 с. C. 156-158

4. М.Н. Омарова. Компетентностный подход в обучении химии и биологии. Методическое пособие (3-е изд., перераб. и доп.). Шымкент, 2020. 120 с. C. 42-43.

5.Н.П. Зайцева. Организация проектной деятельности с применением ЦОР. Методические указания. Санкт-Петербург: Образование, 2021. 75 с. C.34.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/632411-ispolzovanie-cifrovyh-obrazovatelnyh-resursov