Введение
В настоящее время цифровые технологии являются неотъемлемой частью жизни человека и возникает необходимость изучения научных понятий в условиях цифрового обучения. Особенно это касается естественно-научной области знаний (химия, физика), которая связана с абстрактными понятиями.
Необходимость цифровой трансформации образования в Российской Федерации подчеркивается распоряжением Правительства РФ от 18 октября 2023 года № 2894-р о «Стратегическом направлении в области цифровой трансформации образования, относящейся к сфере деятельности Министерства просвещения РФ». Целью данного направления является создание единого цифрового образовательного пространства, которое позволит достичь высокую степень развития сферы образования в контексте цифровизации для всех категорий обучающихся [1]. Данное направление, как приоритетное, поддерживается национальным проектом «Образование» в рамках федерального проекта «Цифровая образовательная среда», Федеральным законом «Об образовании в РФ» и федеральным государственным образовательным стандартом общего образования на всех уровнях обучения. Переход образовательных учреждений Российской Федерации на платформы «Моя школа», «Дневник.ру», «Баллов.нет», «ЭлЖурнал» и другие также актуализирует необходимость цифровизации образовательного процесса, и обучения химии в том числе.
Цифровизация образовательного процесса представлена в ряде исследований [2-4]. М.А. Черкасова, Е.Г. Хмельченко, К.В. Черкасов, А.О. Акимова в [3], анализируя процесс интеграции цифровых технологий в сферу образования, формулируют ключевые вызовы (наличие современной технической инфраструктуры, квалификация педагогов, психологическая адаптация) и риски (поверхностное восприятие информации, социальное неравенство, зависимость от технологий), требующие внимания со стороны педагогов, администрации учебных заведений и обучающихся. В исследовании Р.М. Хамитова [4] приводятся различные аспекты цифровизации образования в школе и вузе (положительные: быстрое увеличение объема передаваемой информации, круглосуточная доступность образовательных материалов, сокращение утомительных задач для педагога; отрицательные: технические ограничения, отсутствие мотивации обучающихся, сопротивление переменам и отсутствие стандартизированных протоколов на региональном уровне). Н.А. Магомедова, С.Х. Алихаджиев и М.Ш. Товсултанова в [5] также обращают внимание на отрицательные стороны цифровизации образовательного процесса. В то же время авторы предлагают методические рекомендации для педагогов, помогающие решить данные проблемы: установление четких правил и рекомендаций по использованию обучающимися электронных ресурсов, разработка эффективных протоколов безопасности для образовательных учреждений.
В области химического образования имеется немало работ [6-8], которые связаны с цифровым обучением. С.И. Гильманшина, Л.С. Кулымбет, Р.Н. Сагитова [6] предлагают использование контекстного цифрового обучения с применением химических новелл, демонстрационных экспериментов, задач и упражнений, профессионально ориентированных заданий для обучения будущих учителей химии и освоения ими знаний по органической химии. Т.А. Савицкая и И.М. Кимленко [7] анализируют роль специализированного сайта «Зеленая химия» в образовательном процессе высшего учебного заведения и отмечают уникальность интернет-ресурса для формирования у обучающихся экологической грамотности и основ устойчивого развития. С.И. Гильманшина и В.А. Миннахметова [8] проводят обзор цифровых средств обучения в формировании естественно-научной грамотности обучающихся при обучении химии (интерактивный учебник, программы для моделирования, виртуальные лаборатории и др.). В.А. Каримова и С.С. Космодемьянская [9] анализируют возможности использования конкретного электронного ресурса «Облако знаний» при обучении химии.
Однако, несмотря на имеющиеся исследования, описывающие процесс цифровизации современного химического образования, недостаточно научных работ, посвященных формированию у обучающихся химических понятий через цифровое обучение с учетом организационно-методических особенностей данного процесса.
Проблема исследования: каковы организационно-методические особенности изучения химических понятий в условиях цифрового обучения.
Цель исследования - выявить и экспериментально проверить организационно-методические особенности изучения химических понятий в условиях цифрового обучения на базовом уровне в десятом классе.
Материалы и методы исследования
Методологической основой исследования служит системно-деятельностный подход, который позволяет в условиях цифрового обучения обеспечить научно-методические условия и подобрать необходимые педагогические инструменты (цифровые инструменты и цифровые ресурсы обучения) для изучения основных химических понятий и формирования у обучающихся системы химических знаний об элементе, веществе, реакциях, химико-технологических процессах.
Экспериментальная деятельность осуществлялась в г. Казани в 2021–2025 годах. Всего в экспериментальном исследовании с учетом поискового этапа участвовало 176 учащихся 10-х классов Советского района города Казани. Экспериментальная часть исследования включала два цикла линейного педагогического эксперимента, состоящего из поискового, дидактического и контрольного этапов. Разработанный учебно-дидактический материал был ориентирован на изучение и усвоение химических понятий в базовом курсе химии 10 класса. На поисковом этапе участвовало 88 десятиклассников, которые были поделены на экспериментальную и контрольную группы. Экспериментальную группу составили 46 обучающихся МБОУ «Средняя общеобразовательная русско-татарская школа № 111». В контрольную группу вошли 42 обучающихся МБОУ «Средняя общеобразовательная школа № 156». На данном этапе была проведена первичная диагностика уровня сформированности основных химических понятий и способности обучающихся применять их в учебной ситуации (показатель – текущая успеваемость); организован опрос обучающихся с целью выявления их отношения и готовности к обучению химии с элементами цифрового обучения. На дидактическом этапе шло формирование химических понятий (по базовой программе органической химии 10 класса) с учетом выявленных принципов и организационно-методических особенностей их изучения в условиях цифрового обучения. В ходе контрольного этапа была доказана результативность соблюдения выявленных организационно-методических особенностей изучения химических понятий с использованием цифровых ресурсов обучения.
Результаты исследования и их обсуждения
Сначала определимся с понятием «цифровое обучение». Г.Ф. Лутфуллина [10] уравнивает два понятия: «цифровое обучение» и «дистанционное обучение», подробно останавливаясь на разработке краткосрочных и долгосрочных дистанционных курсов для обучающихся. Г.С. Рустикова [11] анализирует понятия «электронное обучение» и «цифровое обучение» с точки зрения законодательства, науки и практики, приходит к выводу, что оба прилагательных можно употреблять как синонимы при решении теоретических и практических задач библиотечной и информационной деятельности. С данной позицией согласны Г.И. Ибрагимов, E.M. Ибрагимова, A.А. Калимуллина [12], считая эти понятия тождественными и предлагая, заменив слово «электронное» на «цифровое», определить «цифровое обучение» через легитимное определение «электронного обучения» [12].
Под цифровым образованием С.И. Бабина, А.О. Акулов, А.Ю. Нестеров, В.В. Халиулина [13] понимают совокупность различных электронных инструментов, с помощью которых достигаются ключевые цели образовательного процесса. В числе подобных инструментов выделяют систему управления обучением, виртуальную учебную среду, систему управления курсами, систему управления учебным контентом. А.В. Хуторской [14] понимает под цифровизацией образования «процесс перехода на электронную систему обучения и воспитания» [15].
В словаре терминов EdTech и eLearning отмечается, что при цифровом обучении «использование цифровых инструментов основывается на реализации потенциала мультимедийных технологий в процессе обучения, цифровых образовательных ресурсов, что увеличивает интерактивный характер обучения» [https://longread.media/junior/essentials/glossary-slovar-edtech-i-elearning/05/02/2025/], а электронное обучение «предполагает стандартизированный учебный контент без взаимодействия с преподавателями или кураторами» [https://longread.media/junior/essentials/glossary-slovar-edtech-i-elearning/05/02/2025/].
Таким образом, проведенный анализ имеющихся трудов в области цифрового обучения позволяет в данном исследовании под цифровым обучением понимать обучение с применением цифровых инструментов и цифровых ресурсов обучения для усиления его интерактивности вне зависимости от формата обучения. Причем в ранее опубликованной работе [15] одного из авторов данного исследования рассматривалась роль цифровой образовательной платформы с учетом ее интерактивности в формировании академической успешности обучающихся.
Системно-деятельностный подход, служащий методологической основой содержания федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования, позволяет конкретизировать деятельность учителя по изучению химических понятий на основе следующих принципов обучения предметным понятиям в условиях цифровой образовательной среды.
Принцип персонализированного обучения с учетом индивидуальных возможностей и возрастных особенностей обучающихся, который предполагает деятельность учителя по использованию цифровых ресурсов обучения с целью результативного изучения и контроля усвоения специфичных предметных понятий в комфортных для каждого обучающегося условиях. Принцип позволяет конкретизировать деятельность учителя по целенаправленной активизации опорных знаний обучающихся для формирования у них новых химических понятий, наглядно (посредством современных цифровых средств наглядности) раскрывать между ними взаимную связь и историю развития их структурных элементов и характерных признаков каждого понятия в условиях цифровой образовательной среды.
Принцип практико-ориентированности и проблемности в обучении основан на применении заданий, размещенных в цифровой образовательной среде, которые отражают практическую значимость химических понятий для объяснения естественно-научных явлений и процессов. Принцип направлен на применение в педагогической деятельности учителя таких расчетных и экспериментальных заданий, проблемных ситуаций, разрешение которых требует применения как индуктивного или дедуктивного методов познания, подкрепленных фактическим материалом, так и цифровых инструментов.
С учетом вышеуказанных принципов исследование позволило выделить научно-методические условия и организационно-методические особенности изучения химических понятий в условиях цифрового обучения.
К основным научно-методическим условиям формирования системы химических понятий относятся: достаточное количество опорных знаний; раскрытие структуры и характерных признаков химического понятия с установлением последовательных взаимосвязей между его компонентами; формирование понятия на основе реализации внутри-, меж- и метапредметных знаний; доказательность выдвигаемых суждений о характеристике химического понятия на основе индуктивного или дедуктивного метода, подкрепление фактами; реализация исторического потенциала содержания понятия; формирование понятия на основе проблемного обучения; применение разного вида наглядности для визуализации абстрактных понятий; усвоение химических понятий через реализацию химического эксперимента (реального или виртуального).
В ходе интеграции указанных научно-методических условий в цифровую образовательную среду были выявлены следующие организационно-методические особенности изучения химических понятий в условиях цифрового обучения: 1) обогащение дидактического материала цифровыми инструментами и цифровыми ресурсами обучения; 2) создание условий для актуализации ранее усвоенных химических понятий, которые служат основой для формирования новых понятий посредством цифровых ресурсов обучения; 3) изучение химических понятий с использованием смешанного формата – сочетание традиционных и цифровых методов обучения химии с акцентом на методику проблемного обучения.
Для большей ясности внесем некоторые уточнения относительно выявленных организационно-методических особенностей.
Относительно первой организационно-методической особенности – учебно-дидактический материал требует обогащения цифровыми инструментами и цифровыми ресурсами изучения химических понятий. А именно: следует отобрать цифровые платформы для возможности 3D-визуализации пространственных моделей молекул органических соединений (с целью пояснения особенностей строения и их влияния на свойства, например, цифровой ресурс MolView [https://molview.org/], интерактивные тесты с автоматической проверкой и мгновенной обратной связью (тесты на базе цифровой образовательной платформы Plikers [https://get.plickers.com/]), практико-ориентированные кейсы проблемного содержания с использованием цифровых средств обучения (например, в форме QR-кодов для дополнительных заданий и материалов, цифровые карты понятий), виртуальные лаборатории и аудиовизуальные средства обучения (из общего банка единого содержания образования [https://edsoo.ru/]), цифровые симуляторы (строения молекул, химической связи), цифровые домашние задания (например, на образовательной платформе «Облако знаний» [https://oblakoz.ru/]).
По второй особенности – для актуализации ранее усвоенных химических понятий, которые служат основой формирования новых понятий, – хорошо зарекомендовали себя цифровые карты понятий по пройденным темам на базе интерактивной доски Miro [https://miro.com/ru/].
По третьей особенности, которая предполагает смешанный формат при изучении химических понятий, необходимо помнить, что, помимо цифровых методов (например, цифровые платформы «Облако знаний» [https://oblakoz.ru/] и «Удоба» [https://udoba.org/udoba]), следует использовать традиционные методы обучения химии, такие как решение химических задач, реальный химический эксперимент, дидактические игры, исследовательские и кейсы-задания, опрос (индивидуальный и групповой) и другие с акцентом на методику проблемного обучения.
Цель экспериментального исследования – проверить результативность выявленных организационно-методических особенностей изучения химических понятий в условиях цифрового обучения.
В основном экспериментальном исследовании принимали участие обучающиеся контрольной группы (КГ) – 42 человека и экспериментальной группы (ЭГ) – 46 человек. В обеих группах на поисковом этапе зафиксирован практически одинаковый уровень сформированности основных химических понятий и способности применять их в учебной ситуации (показатель – текущая успеваемость).
По результатам опроса, проведенного на поисковом этапе, выявлено, что около 4% обучающихся используют цифровые образовательные платформы в самообучении регулярно (1-2 раза в неделю), 31% – редко, большая часть респондентов (65%) никогда не использовали цифровые платформы и цифровые инструменты для изучения химии.
При этом наибольший интерес вызывает возможность цифровых технологий визуализировать химические процессы (отметили 67% обучающихся). Около 60% проявили интерес к возможности при помощи цифровых инструментов составлять интерактивные модели молекул. 53% опрошенных выделили преимущество цифровых технологий в доступе к дополнительным материалам, 47% респондентов – к виртуальным и цифровым лабораториям. Около 7% опрошенных выделили в качестве преимущества цифровых образовательных ресурсов возможность повторно просматривать учебный материал, изучать химические понятия и их практическое применение (решение расчетных задач) в своем темпе.
Наибольший интерес в рамках настоящего исследования представляли ответы на вопрос: «Какие цифровые инструменты для изучения химии Вы считаете наиболее полезными?». Мнения десятиклассников распределились следующим образом: интерактивные задания с применением цифровых технологий (89%); онлайн-тесты и тренажеры (80%); видеоуроки и цифровые видеоопыты с демонстрацией реакций (73%); интерактивные модели веществ и реакций (60%); виртуальные лабораторные работы и цифровые лаборатории (53%); домашние задания в цифровом формате (40%); онлайн-консультации (7%).
Таким образом, результаты опроса подтвердили потребность обучающихся в цифровом обучении химии.
На дидактическом этапе экспериментального исследования были учтены все выявленные на поисковом этапе организационно-методические особенности изучения химических понятий в условиях цифрового обучения, проанализированы, отобраны и применены цифровые инструменты и цифровые ресурсы обучения по каждой теме базового курса органической химии десятого класса.
Например, для изучения темы «Многоатомные спирты: этиленгликоль и глицерин» необходимы опорные знания по одноатомным спиртам (классификация, изомерия, химические свойства). Для их актуализации использовались возможности цифрового ресурса MolView [https://molview.org/]. Этот же ресурс применялся для формирования и развития таких понятий данной темы, как многоатомные спирты, взаимное влияние атомов в молекуле, влияние строения молекулы на химические свойства. Кроме этого, на уроке химии использовались возможности виртуальных лабораторий для демонстрации свойств многоатомных спиртов из общего банка единого содержания образования [https://edsoo.ru/], где также есть возможность работы с цифровыми датчиками. Для обобщения и систематизации новых знаний был построен каркас карты понятий на базе цифровой доски Miro. Для контроля усвоения темы был разработан интерактивный тест с обратной связью на цифровой образовательной платформе Plikers [https://get.plickers.com/], где используются QR-коды для того, чтобы результат тестирования был виден и обучающемуся, и учителю одновременно. Домашнее задание обучающиеся выполняли посредством образовательной платформы «Облако знаний» [https://oblakoz.ru/], где размещены опорный конспект и задания для самостоятельной работы.
На контрольном этапе зафиксировано повышение уровня сформированности основных химических понятий и способности применять их в учебной ситуации – качество предметных знаний в экспериментальной группе возросло с 41% до 50% (в КГ несколько снизилось, с 44% до 37%, по мере усложнения учебного материала). Успеваемость в экспериментальной группе также возросла с 77% до 86% (в КГ – практически не изменилась). Этот результат оказался возможным благодаря целенаправленной деятельности по учету выявленных организационно-методических особенностей изучения химических понятий в условиях цифрового обучения.
Заключение
В данном исследовании под цифровым обучением понимается обучение с применением цифровых инструментов и цифровых ресурсов обучения, которые выступают педагогическими инструментами цифровой образовательной среды для усиления интерактивности обучения вне зависимости от его формата.
На основе системно-деятельностного подхода выявлены принципы обучения предметным понятиям в условиях цифровой образовательной среды: принцип персонализированного обучения с учетом индивидуальных возможностей и возрастных особенностей обучающихся; принцип практико-ориентированности и проблемности в обучении.
Суть принципа персонализированного обучения с учетом индивидуальных возможностей и возрастных особенностей обучающихся заключается в том, что необходима деятельность учителя по использованию цифровых ресурсов обучения с целью результативного изучения и контроля усвоения специфичных предметных понятий в комфортных для каждого обучающегося условиях. Сущность принципа практико-ориентированности и проблемности в обучении связана с применением заданий, размещенных в цифровой образовательной среде, которые отражают практическую значимость химических понятий для объяснения естественно-научных явлений и процессов.
Исследование позволило выделить организационно-методические особенности изучения химических понятий в условиях цифрового обучения на примере базового курса химии в десятом классе. К таким организационно-методическим особенностям изучения химических понятий в условиях цифрового обучения относятся: обогащение дидактического материала цифровыми инструментами и цифровыми ресурсами обучения; создание условий для актуализации ранее усвоенных химических понятий, которые служат основой для формирования новых понятий посредством цифровых ресурсов обучения; изучение химических понятий с использованием смешанного формата – сочетание традиционных и цифровых методов обучения химии с акцентом на методику проблемного обучения.
В результате экспериментального исследования установлен существенный рост качества обучения и успеваемости экспериментальной группы благодаря целенаправленной реализации выявленных организационно-методических особенностей изучения химических понятий в условиях цифрового обучения.