Создание компьютерного программно-методического комплекса по химии

ПШГОГИШИЕ У

СОЗДАНИЕ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

ПО ХИМИИ

Л.Н. Зимова, C.B. Зенкина

CREATION OF COMPUTER PROGRAM-METHODICAL COMPLEXES IN CHEMISTRY

L.N. Zimova, S.V. Zenkina

The article gives the description of computer program-methodical complexes development and the module-creating algorithm of such a complex in General Chemistry. The electronic version of the computer program-methodical complex module is recommended for teaching students of natural sciences Chemistry.

В статье описывается разработка компь ютерных программно-методических комплексов и приведен алгоритм создания модуля такого комплекса по общей химии. Электронная версия модуля компьютерного программно-методического комплекса рекомендуется для обучения химии студентов естественнонаучных специальностей.

УДК 54.04:681.3

В Ставропольском государственном университете на кафедре информационные технологии в обучении и управлении образованием (ИТОиУ) был разработан модуль компьютерного программно-методического комплекса (ПМК) по химии для обучения студентов естественнонаучных специальностей. ПМК - система, состоящая из программно-педагогических средств (III 1С), методических рекомендаций по его использованию в учебном процессе и описаниями методики проведения занятий [1]. В таблице 1 представлены основные критерии компьютерного программно-методического комплекса.

У обучаемых. работающих с данным модулем компьютерного программно-методического комплекса. формируется логико-алгоритмическое и системно-комбинаторное мышление. Суть логико-алгоритмического мышления - умение строить логические утверждения о свойствах данных объектов и делать запросы к поисковым системам. умение мыслить индуктивно и дедуктивно при анализе своей работы с комплексом. Системно-комбинаторное мышление проявляется в видении предметов и явлений в целостности. взаимосвязях; в умении комбинировать и систематизировать химические понятия. явления. процессы. Благодаря грамотно подобранному содержанию и изобразительным возможностям комплекса осуществляется индивидуализированное обучение и самообучение. опирающееся на динамическую модель обучаемого. Достижение ди-

Таблица

Свойства компьютерного программно-методического комплекса

Критерии Описание ПМК

Назначение 1. Формирование логико-алгоритмического и системно-комбинаторного мышления. 2. Повышение уровня познавательной активности. 3. Индивидуализация обучения и самообучение. 4. Интерактивное взаимодействие. 5. Повышение уровня компьютерной образованности. 6. Познание научной картины мира.

Структура 1. Компьютерная информационно-справочная система (теория). 2. Практическая часть (учебные карты). 3. Контролирующий блок в форме компьютеризированного тестирования и решения типовых задач по общей химии. 4. Методические рекомендации по использованию комплекса в процессе обучения.

Лабильность (гибкость) Обучаемый может перейти по гиперссылкам к любому блоку комплекса.

Связь с языком химии С помощью программы гипертекстовой разметки документов Dynamic HTML 4.0, табличного процессора MS Excel, тестового редактора Editor.

Пользовательский интерфейс Взаимодействие обучаемого с ПМК с помощью курсора, мыши.

Объем Модуль комплекса состоит из 82 файлов, 9 папок и занимает 631 КБ памяти.

дактических целей происходит путем управления учебной деятельностью с учетом ее особенностей на всех этапах прохождения ПМК; обеспечением интерактивного взаимодействия на языке, близком к естественному, что приводит к повышению эффективности учебного процесса. Во время прохождения комплекса у обучаемых формируется представление о научной картине мира, заключающееся в прогнозировании и проектировании состава, строения и свойств веществ, в вырабатывании химической интуиции, в умении представить макромир на основе микромира. Обучение с помощью ПМК вызывает у студента потребность в компьютерной образованности, заключающейся в широком кругозоре обучаемого, работе с большими объемами информации, ориентировании в многообразии популярных программ, знание их возможностей, умение выбрать оптимальные программные средства для конкретной работы [2].

Важная часть ПМК - домашняя страница, через которую по гипертекстовым

ссылкам открывается доступ ко всем прочим страницам комплекса.

Информационно-справочный блок (теория) включает разделы «Строение атома» и «Химическая связь». Страницы содержат справочный материал по конкретной теме: основные понятия и законы, таблицы, анимацию, структурные схемы, иллюстрации. Практическая часть комплекса состоит из семи учебных карт: «Электронное строение атома» - 2 карты, «Условия образования химической связи и химического соединения» - 2 карты, «Природа химической связи (метод молекулярных орбиталей и метод валентных связей)» - 2 карты, «Определение типа химической связи»- 1 карта [3]. В ПМК интегрирована компьютерная контролирующая программа учебного назначения Editor 1.2, разработанная на кафедре ИТОиУ СГУ. Editor содержит редактор тестов, тестовую оболочку, описание работы с пакетом, презентация пакета. Пакет написан на языке программирования Delphi 3.0. Редактор тестов обладает стандартным интерфей-

m

сом Windows. Editor позволяет создавать тесты закрытой формы, в которых можно выделить основную часть утверждения, содержащую постановку задачи и готовые ответы - дистракторы. Редактор позволяет создавать задания с двумя («Да-Нет») и четырьмя дистракторами («Один вариант ответа»). Кроме того, ответ на некоторое утверждение может быть составлен из нескольких предложенных дистракторов («Несколько вариантов ответа») [4]. Редактор и тестовая оболочка обладают защитой от несанкционированного доступа к редактору и результатам тестирования. Использование системы компьютерного тестирования содержит в себе возможности более широкого применения компьютеров в учебном процессе и является одним из путей, позволяющих дать объективную, количественную характеристику знаниям и умениям студентов

[5].

В контролирующий блок входят также задачи, для решения которых предлагается использовать одну из прикладных программ Microsoft Office - Excel, позволяющая с помощью электронных таблиц быстро и точно производить автоматические вычисления при решении задач. Электронные таблицы Excel качественно изменили образовательный процесс при работе с числовой информацией [6]. Расчет значений в Excel требует от обучаемого определения соотношений между данными и их комбинациями, присвоив ячейкам уникальные имена и адреса. Далее, эти соотношения должны быть смоделированы в формулу, понятную для программы Excel. Все эти действия способствуют лучшему пониманию химического смысла задачи и сути выполняемых расчетов, активно вовлекают студентов в процесс обучения. По данным расчетов студенты могут построить с помощью средств программы Excel любую диаграмму, гистограмму, график и разместить их в той же самой рабочей области.

Компьютерный программно-методический комплекс (ПМК) по химии, реали-

зован посредством объектно-ориентированной версии языка описания гипертекста Dynamic HTML 4.0 - набора управляющих конструкций, содержащихся в HTML-документе и определяющих те действия, которые программа просмотра должна выполнить при его загрузке; при этом предоставляется возможность для пользователя изменять и динамически управлять выводом на экран текста и графики без необходимости обновления страницы [7]. Формат HTML очень похож на обычный текст, поэтому страницы комплекса подготовлены в обычном текстовом редакторе Word. Разница только в том, что местами в текст вставлены специальные коды (теги), с помощью которых текст можно сделать разноцветным, использовать шрифты разных размеров, задать нужный фон, сделать "бегущую" строку, встраивать в текст картинки, звуковое сопровождение и многое другое. Применение объектно-ориентированной модели дает возможность структурировано представить главные в смысловом отношении модули данного комплекса. Графическая часть системы была реализована с помощью графического пакета фирмы Corel. Полученные рисунки затем были оптимизированы для отображения в браузере. Реализованный программный продукт является платформенно-независимым, что дает возможность работать (при условии наличия браузера, поддерживающего стандарт де-факто Dynamic HTML 4.0) не только на IBM-совместимых компьютерах, но и на системах с другой аппаратной реализацией, например Apple Macintosh и др. Пользовательский интерфейс, ориентированный на события, представляет все преимущества, которые реализованы в Microsoft Windows 9х [8].

Разработка ПМК производилась поэтапно.

Постановка задачи: выбор раздела (темы), который наиболее актуален для компьютерного обучения и его реализация с помощью гипертекстовых технологий.

Разработка сценария, подготовка ТЕКСТ 1 (домашняя страница):

текстов. Возможно несколько способов <Ь1т1>

Таблица 2

Сценарий домашней страницы документа с адресами перехода.

Файл - chemistry.xim название - Общая химия

ТЕКСТ 1 [Домашняя страница] АННОТАЦИЯ

Т2 = Общая химия Введение

Т3 = Строение атома

Т4 = Экспериментальные доказательства сложного строения атома

Т5 = Ядерная модель атома, модель атома Бора

Т6 = Квантово-механическое описание атома

Т7 = Химическая связь

Т8 = Понятие химической связи

Т9 = Параметры химической связи

Т10 = Основы метода валентных связей

Т11 = Основы метода молекулярных орбиталей

Т12 = Многоатомные молекулы, гибридизация атомных орбиталей

Т13 = Учебные карты

Т14 = Учебная карта „ 1

Т15 = Учебная карта „ 2

Т20 = Учебная карта „ 7

Т21 = Тесты

Т22 = Контрольные задачи

Т23 = Методические рекомендации

представления гипертекста как единого целого [9]. В разработке сценария использовалась таблица. Цель таблицы - дать название процедуре и соответствующее имя новому тексту, оперативно определить адрес перехода. В первой колонке таблицы - имя процедуры, во второй - краткое содержание текста (аннотация), в третьей - его название с выделенным именем.

Сценарий документа представлен в форме таблицы 2.

Следующая таблица сценария - описание ТЕКСТ 2 (введение) и указание адреса перехода на ТЕКСТ 1.

Набор текстов и их редактирование. Текст с управляющими конструкциями (тегами) набирали в любом текстовом редакторе (Word, Word Pad, Блокнот). Предлагаем конкретную процедуру с первым текстом, комментариями к ней.

<body>

<FONT FASE=«ARIAL» COLOR=PURPLE><MARQUEE BGCOLOR=WHITE VSPACE=5 WIDTH=100% BEHAVI0UR=SCR0LL><B>ПР0ГРAMMH0-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ОБЩЕЙ ХИМИИ.</Б ></MARQUEE></FONT> <TABLE WIDTH=100% CELLPADDING=5 CELL SPACING= 1 >

<TABLE BORDER BORDERCOLOR=BLUE> <TR ALIGN=LEFT BGCOLOR=«#OOFFFF»> <TD><FONT FASE=«ARIAL»COLOR=BLACK SIZE=3><CENTER><B>КОHТРОЛЬ </B></CENTER></FONT></TD> <TD><FONT FASE=«ARIAL»COLOR=BLACK SIZE=3><CENTER><B>ТЕОРИЯ</B></CENTER ></FONT></TD>

<TD><FONT FASE=«ARIAL»COLOR=BLACK

SIZE=3><CENTER><B>ПРAКТИЧЕСКAЯ

ЧAСТЪ</B></CENTER></FONT></TD>

</TR>

<TR>

<ГО АЬЮГ^ЕРТ

ВССОШК^РТТРОО^АЬЮ^ТОРо <РООТ РА8Е=«АШАЬ»8КЕ=2><А НРЕР=«ТЕ8Т^1Р»>ТЕСТЫ1</А><Р><А ЖЕР=«СОГШХ^1Р>»КОНТРОЛЬНЫ1Е ЗА-ДАЧИ.</Ах/Р></РОтх/ТО> <ТБ АЬЮМ=ЬЕРТ

ВССОЬОР=«#СОСОСО9УАЬЮМ=ТОР> <РООТ РА8Е=«АШАЬ»8КЕ=2> <СЕГТГК><ВЮ>Тема 1: СТРОЕНИЕ АТОМА.</ВЮх/СЕШЕК> <ВК><А НRЕР=«С:\Windows\Рабочий стол\х1т.а15\СТРАНИЦА1.НТМЪ9>1.1. Экспериментальные доказательства сложного строения атома.</А>

<ВR><А НRЕР=«С:\Windows\Рабочий стол\х@т.?@а\СТРАНИЦА2.НТМЪ9>1.2. Ядерная модель атома. Модель атома Бора.</А> <ВR><А НRЕР=«С:\Windows\Рабочий стол\х@т.?@а\СТРАНИЦАЗ.НТМЬ»>1.3. Кванто-во-механическое описание атома:

<ВR>а) электронная оболочка атомов. <ВR>б) атомные орбитали. <ВR>в) квантовые числа.</А> <ВR><А НКЕР=«СТРАНИЦА4.НТМЪ»>

1.4. Многоэлектронный атом. </А> <СЕNТЕR>Тема 2: ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ</СЕОТт>

<А НРЕР=«СТРАНИЦА5 .НТМЪ»>2. 1 .Понятие химической связи. </А> <ВR><А НRЕР=«СТPАНИЦА7.НТМL»> 2.2. Параметры химической связи.</А> <ВR><А НRЕР=«СТPАНИЦА6.НТМL»> 2.3.Основы метода молекулярных орбиталей (ММО) .</А> <ВR><А

НRЕР=«СТРАНИЦА8.НТМL»>2.4.Основы метода валентных связей (МВС).</А> <ВR><А НRЕР=«СТPАНИЦА9.НТМL»>

2.5. Многоатомные молекулы. Гибридизация. </А>

<ТБ АЬЮГ=ЬЕРТ

ВGСОLОR=«#РРРРОО»VАLIGN=ТОР> <РООТ РАSЕ=«СОURIЕR ГЕ_»8КЕ=2><А НРЕР=«РАСТ1С^1Р»>УЧЕБНАЯ КАРТА 1. <ВR>УЧЕБНАЯ КАРТА 2. <ВR>УЧЕБНАЯ КАРТА 3. <ВR>УЧЕБНАЯ КАРТА 4. <ВR>УЧЕБНАЯ КАРТА 5. <ВR>УЧЕБНАЯ КАРТА 6. <ВR>УЧЕБНАЯ КАРТА 7.</А> </РООТ></ТВ> </ТR> </ТАВLЕ> </ВОБУ>

</HTML>

Следует обратить внимание, что гиперссылки определяют теги <А> и </А>. Для этих тегов обязательно задание атрибута HREF:

<А HREF = « адрес «> текст ссылки </А>

Текст ссылки размещается между тегами <А> и </А>. При отображении документа в браузере текст ссылки подчеркивается и изображается синим цветом. Щелчок на ссылке приводит к переходу по заданному адресу (после атрибута HREF=). И имя текста, и текст ссылки берутся из сценария. Адрес перехода на экране не виден, но связан с видимым на экране текстом ссылки.

Управляющие конструкции (теги) временно вносят в текст некоторый беспорядок. Поэтому рекомендуем разбить весь текст на отдельные абзацы с указанием начала и конца каждого абзаца (с помощью пустой строки).

Строка текста может содержать несколько ссылок, текст длинной ссылки автоматически переносится на следующую строку, оставаясь при этом единой ссылкой. Теги в текстовом редакторе Word выводятся автоматически [9].

Сборка обработанных текстов. Разные документы могут иметь одинаковые названия, но имена файлов разные, так как гипертекстовый документ хранится под указанным в данной команде именем файла.

Просмотр документа. Для просмотра гипертекстового документа используется специальная программа-браузер, которая принимает страницу в формате HTML, находит в ней теги, обрабатывает их и показывает страницу на экране так, как запрашивают теги. На кафедре ИТОиУ СГУ для этой цели используется Internet Explorer 4.0.

Выявление недостатков (тестирование). При тестировании (проверке) обращаем внимание на:

- внешний вид каждого текста; размещение абзацев и отдельных отцентрированных или пустых строк;

- выделение намеченных в сценарии ссылок;

- орфографические и грамматические ошибки;

проверку всех переходов по ссылкам, требуемым согласно сценарию.

Таким образом, внедрение в учебный процесс гипертекстовых технологий приводит студентов и преподавателей к работе с текстовыми документами принципиально новыми и эффективными способами. Создание такого комплекса по всему курсу обеспечивает условия, в которых студенты самостоятельно исследуя логику дисциплины и открывая взаимосвязи между концепциями химии, активно вовлекаются в процесс обучения. Использование компьютеров в качестве инструментов познания путем применения ПМК способствует более быстрому и полному усвоению материала, чем при использовании всех имеющихся в настоящее время обучающих компьютерных программ.

ЛИТЕРАТУРА

1. Брановский Ю.С. Введение в педагогическую информатику. * Ставрополь, 1995. * 202 с.

2. Бочкин А.И. Методика преподавания информатики. * Минск: Вышэйшая школа, 1998. * 431 с.

3. Сорокин В.В. Методические разработки к курсу общей химии. * Москва, 1988. * 55 с.

4. Брановский Ю.С., Зимова Л.Н., Зенкина С.В. Компьютерный программно-методический комплекс для обучения химии студентов естественнонаучных специальностей // Совершенствование преподавания химии в школе и вузе: Тезисы докладов Международной научно-практической конференции. * Иркутск, 1999. * С. 33.

5. Малютин В.В., Брановский Ю.С. Объективный контроль знаний и его реализация в программе TEST // Педагогическая информатика. - 1994.-№З.-С. 75.

6. Мэнсфилд P. Excel 7.0 для занятых. - СПб.: Изд-во «Питер», 1997. - З04 с.

7. Хоумер А., Улмен К. Dynamic HTML: Справочник. - СПб.: Изд-во «Питер», 2000. - 512 с.

8. Брановский Ю.С., Зимова Л.Н., Зенкина С.В. Информационные технологии в обучении химии студентов естественнонаучных специальностей // Информатизация образования 2000: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. -Хабаровск, 2000. - С. 78.

9. Журавлев В.В. Модель гипертекста в среде ЛОГО для класса УКНЦ // Информатика и

образование. - 2000. -D 4.- С. 98.

* * *

Зимова Людмила Николаевна, кандидат химических наук, доцент кафедры биохимии СГУ. Автор 90 научных, научно-методических работ, а также учебно-методических пособий. Одна из областей научных интересов - использование информационных технологий в учебном процессе.

Зенкина Светлана Викторовна, кандидат педагогических наук, старший преподаватель кафедры биохимии СГУ. Автор 10 научных работ. Область научных интересов - информационные технологии в естественнонаучном образовании.