Введение
В условиях современной цифровой трансформации системы образования неизбежно поднимаются вопросы по активному внедрению в образовательный процесс разнообразных информационных технологий, призванных как дополнить, так и полностью заместить реальную образовательную среду. Для таких естественных наук, как физика и химия, использование виртуального лабораторного практикума (далее – ВЛП) наряду с традиционными методами обучения уже давно перешло из разряда инновационных [1] в традиционную форму. Вместе с тем, нельзя не отметить, что возможности самостоятельной разработки ВЛП во многих вузах ограничены – образовательные организации чаще пользуются готовыми программными продуктами, нежели разрабатывают их за счет собственных ресурсов. Однако при таком подходе преподаватели, использующие готовый ВЛП в процессе обучения, неизбежно сталкиваются с проблемой ограниченного набора опытов, заложенных в практикум. Выходом из положения может стать совместная с программистами разработка практикума, но и здесь возникает проблема зависимости от среды, в которой создается ВЛП. Так, популярный ресурс VirtuLab [2] с обширной базой лабораторных работ по различным естественным наукам в настоящий момент не может продемонстрировать эти работы, поскольку все они были реализованы в Macromedia Flash.
Оригинальный авторский ВЛП «ХимЛаб-Теоретик» (разрабатывается в IDE MS Visual Studio), принцип работы в котором ранее уже освещался в ряде статей [3, 4], несмотря на значимые преимущества (в частности, это практически неограниченная возможность пополнения базы практикума и адаптация его содержания под нужды конкретного преподавателя), имеет один существенный недостаток: для его модификации и техподдержки необходим постоянный контроль со стороны программиста-разработчика, т.е. приложение имеет ограниченный доступ для сторонних пользователей. Пакетное приложение iSpring Suite [5] в этом плане более доступно широкому кругу пользователей (некоторое ограничение существует только в плане необходимости продления ежегодной лицензии, чтобы иметь доступ к полному функционалу программы). В настоящей работе автор предлагает рассмотреть возможность использования программы iSpring QuizMaker нестандартным способом – как цифровой инструмент для разработки ВЛП по химии.
Цель настоящего исследования – адаптировать тестовый тренажер iSpring QuizMaker 11 к выполнению функции виртуального лабораторного практикума по химии.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
1) рассмотреть возможности использования одной из версий тестового задания данного приложения в качестве инструмента для разработки виртуальных лабораторных работ по химии;
2) смоделировать одну из лабораторных работ курса «Основы неорганической химии»;
3) оценить преимущества и недостатки готовой работы.
Материал и методы исследования. Основным методом данной работы является компьютерное моделирование учебного процесса с использованием приложения для создания тестовых заданий iSpring QuizMaker (ver. 11) компании Richmedia (инструменты iSpring входят в реестр отечественного ПО). Из всего разнообразия типов тестовых заданий, предлагаемых данной программой, был выбран тип вопроса «Перетаскивание объектов» (Drag-n-Drop). Как показывает анализ литературы, данный формат задания при проведении обычного тестирования используется реже, чем классические закрытые и открытые формы, а также задания на соответствие и упорядочивание [6, 7, 8]. Одной из возможных причин такого отношения к этому типу вопроса видится необходимость большого объема предварительной подготовки иллюстративных материалов, что будет рассмотрено далее. Вместе с тем, принцип перетаскивания объектов весьма распространен в виртуальных лабораторных практикумах.
Результаты исследования и их обсуждение. В качестве пробной работы для реализации ВЛП в тестовом редакторе iSpring QuizMaker была выбрана лабораторная работа из курса неорганической химии «Кислород. Пероксид водорода». Рассмотрим, как представляется процесс создания и визуализации данной работы с позиции студента (работа в режиме «Слайды») и с позиции преподавателя (комбинирование режимов «Данные» и «Слайды»). Суть задания первого опыта заключается в проведении реакции по термическому разложению перманганата калия (рис. 1).
Рис. 1. Визуализация рабочей панели ВЛП в программе iSpring QuizMaker (значок лупы показывает, что данную пиктограмму можно увеличить)
Алгоритм самого задания в готовой форме прост: студенту предлагается выбрать в шкафу необходимые реактивы и «переставить» их на рабочий стол. На рисунке 1 показан вариант просмотра слайда с заданием в той форме, в которой это задание увидит обучающийся.
При создании задания была выявлена интересная закономерность, позволяющая контролировать работу студентов на разных ее этапах. Так, более жесткий контроль предполагает оценку работы уже после окончания подбора всех необходимых для опыта реагентов и материалов. Для этого в свойствах слайда в настройках перетаскивания (панель справа) необходимо выбрать вариант «Примагничивать перетаскиваемый объект → Не примагничивать/К любой области назначения». В этом случае выбор объектов не ограничивается, проверяемый может использовать все доступные ему реактивы и необходимые, как ему кажется, инструменты и приборы (если последние предполагаются в работе). Если же работа рассматривается как тренировочная, с более мягкой формой контроля, необходимо выбрать опцию «Примагничивать перетаскиваемый объект → К правильной области назначения». В этом случае при неправильном выборе реактива или оборудования данный объект невозможно разместить в указанной рабочей зоне – все попытки приводят к тому, что при отпускании курсора мыши элемент «возвращается» в шкаф с реактивами.
Однако, как было сказано ранее, предварительная подготовка данной формы задания требует больше времени, чем непосредственно само проведение задания. Рассмотрим ту же работу, переключившись на вкладку «Данные» (рис. 2), то есть оценим характер и объем работы, касающийся непосредственно автора-составителя заданий лабораторного практикума.
Рис. 2. Рабочая область при составлении задания ВЛП в программе iSpring QuizMaker
При рассмотрении общего интерфейса рабочего поля обращает на себя внимание наиболее значимая часть – список перетаскиваемых объектов, которые непосредственно будут представлены в работе. Данный перечень может варьировать в очень широких пределах, а возможности iSpring QuizMaker по дублированию слайдов с тестовыми заданиями упрощают работу по созданию новых опытов в пределах той же лабораторной работы – достаточно изменить формулировку задания и перечень перетаскиваемых объектов (для последнего напротив реактивов нового опыта изменяется «Область назначения» – на вариант «Рабочий стол»). К примеру, в рассматриваемом опыте правильным реактивом является кристаллический перманганат калия, прочие реактивы в данном опыте не используются, поэтому для них область назначения указана как «Нет соответствия».
Первый этап работы проходит в режиме вкладки «Слайды» – создается рабочая область будущей лабораторной работы. Так, в представленном выше опыте мы видим шкаф для реактивов и рабочий стол. Данные изображения размещены как опорно-статичные и не предполагаются к перетаскиванию (аналогично по желанию преподавателя можно подобрать и вставить на слайд фоновое изображение, допустим, лаборатории или учебной аудитории), но область рабочего стола в последующем должна быть закреплена как «Область назначения».
На втором этапе работы на слайде посредством стандартной операции «Вставка рисунка» размещаются колбы с реактивами. Очевидно, что предварительно автору необходимо подготовить эти изображения, создав своего рода базу данных лабораторного практикума. Данный этап наиболее трудоемок, но работу может ускорить использование различных графических редакторов (Paint, Paint.Net, Photoshop и т.п.). Так, автор данной статьи применяет следующий алгоритм действий:
1) при использовании любого графического изображения колбы с жидкостью (лучше цветной) через настройку цветов в редакторе Paint.Net получаются вариации изображений растворов различного цвета;
2) в приложении MS Word на нужную колбу накладывается «ярлык» с формулой вещества;
3) полученный «реактив» переводится в формат изображения и сохраняется как самостоятельный объект или непосредственно из буфера обмена (если работа по созданию изображения ведется в MS Word) вставляется в слайд уже в программе QuizMaker.
При добавлении изображений на слайд при переходе в режим «Данные» все новые объекты можно увидеть, если нажать на стрелку рядом с надписью «Выберите, что перетащить» внизу списка перетаскиваемых объектов. Если иллюстрации были вставлены из буфера обмена, то они фигурируют в списке под названиями «Рисунок № …», поэтому для удобства дальнейшей работы рекомендуется переименовать объекты.
Как уже отмечалось, одно из преимуществ работы с приложением QuizMaker заключается, в частности, в легкости дублирования сходных тестовых заданий. При создании ВЛП это также является преимуществом – все опыты одной лабораторной работы можно базировать на одной и той же рабочей панели. Таким образом, после наполнения шкафа нужными для работы реактивами и приборами (последние аналогично реактивам можно как взять в готовом виде из открытых источников, так и воспользоваться шаблонами графических редакторов – в представленном на рисунке 1 опыте в шкафу размещены горелка и пробирка, взятые из базы шаблонов редактора химических формул ACD/ChemSketch Freeware [9]) работа автора на третьем этапе сводится к формулированию очередного задания согласно плану опыта (задание формулируется в панели вопроса) и выбору нужных для работы материалов путем изменения «Области назначения».
Область назначения, как и перетаскиваемые объекты, добавляется как готовый объект в режиме «Слайды» и не ограничивается только одной зоной – можно сформулировать такое задание, где потребуется, к примеру, навести порядок в реактивах и расставить предложенные вещества по классам. Такой тип задания, в большей степени теоретический, позволит отойти от формата лабораторного практикума, переводя его в режим контроля знаний обучающихся. Тем не менее, как показывает опыт автора данной статьи, студенты далеко не всегда демонстрируют хорошие базовые знания номенклатуры химических соединений, так что подобная работа позволит в игровой форме проверить уровень подготовки участников образовательного процесса перед началом занятий. На рисунке 3 представлен вариант такой проверки: студентам дано задание выбрать из представленных реактивов и распределить по трем боксам вещества (на подклассах солей можно поставить отдельный опыт).
Рис. 3. Вариант контрольного задания с поливариативной областью назначения
Основным недостатком реализуемого посредством тестового тренажера лабораторного практикума можно посчитать недостаточный уровень симуляции лабораторного процесса – обучающийся может подбирать реактивы, однако непосредственно процесс проведения опыта, практические особенности самого процесса недоступны. В связи с этим подобные варианты практикумов (так называемые теоретические) больше подходят для курсов неорганической и органической химии, но не слишком хороши для работ по общей химии. Аналогичная проблема касается и авторского ВЛП «ХимЛаб-Теоретик», однако в нем была заложена возможность встраивания небольших роликов с видео проводимых опытов. Этот же способ подходит и для iSpring QuizMaker – приложение позволяет встраивать в слайды как видео, так и гиперссылки на видео. Если у преподавателя есть видеозаписи опытов (к примеру, автор настоящей работы имеет собственный видеобанк всех проводимых лабораторных работ по курсам общей и неорганической химии), то поощрением за правильно подобранные реактивы может стать перенаправление на слайд с гиперссылкой для просмотра соответствующего опыта. В QuizMaker для этого удобно реализуется функция ветвления, которая позволяет не просто проводить работу через случайно выбираемые опыты (рандомный выбор), а выстраивать четкий порядок организации работы. Гиперссылки рекомендуется использовать по той причине, что авторские видео часто имеют большой размер и могут значительно перегрузить готовую работу, в отличие от гиперссылок, к которым предъявляется только одно требование – они должны быть корректными. Размещение видеоматериалов или ссылок на видео рекомендуется осуществлять на так называемых инфослайдах – особых не-тестовых страницах, предназначенных для размещения дополнительной информации.
Оценивание готовой работы преподаватель может осуществлять как лично, так и используя счетчик баллов тестового тренажера. При этом можно учесть сложность каждого задания и задать индивидуальный максимальный балл за каждый опыт, учитывать частично верные ответы, оценивать работу в баллах и процентах от максимального числа баллов. В свойствах теста можно (и рекомендуется) указать электронный адрес преподавателя с возможностью получения готовых отчетов по выполненным студентами работам.
Заключение. Тестовый тренажер iSpring QuizMaker можно использовать как среду для создания виртуального лабораторного практикума по неорганической и органической химии. Для этой цели подходит вариант тестового задания «Перетаскивание объектов».
К преимуществам такой работы можно отнести:
1) большой объем тем лабораторных работ, которые могут быть реализуемы в рамках курсов неорганической и органической химии;
2) возможность подбирать реактивы под собственные запросы преподавателя и создавать гибкий сценарий проведения самой работы;
3) возможность автоматического контроля работы обучающихся, в том числе через получаемые преподавателем отчеты. При необходимости подобный отчет может быть направлен и самому студенту.
К недостаткам готового ВЛП можно отнести:
1) недостаточный уровень практической визуализации процесса проведения опыта – однако данный недостаток можно компенсировать включением в работу гиперссылок на записи реальных опытов;
2) большой объем предварительных работ по подготовке материалов, необходимых при проведении опытов. Однако при наполнении базы конкретной лабораторной работы дальнейшая процедура подбора реактивов для определенного опыта занимает всего несколько минут.