Виртуальная химическая лаборатория для расширения возможностей учебного химического практикума

Школьное образование
Срок внедрения: 2 месяца
Подготовительный этап
от 2 мес.
Описание

Целевая аудитория

  • Школьники 8-11 классов.

  • Преподаватели химических дисциплин.

  • Учащиеся 1-2 курсов сузов.

  • Учащиеся 1го курса вузов.

Описание

Цель: Повышение качества практической составляющей химического образования.

Задачи:

  • Разработать дорожную карту внедрения технологий виртуальной реальности и приложения VR Chemistry Lab в образовательный процесс.

  • Провести обучение преподавателей и технических специалистов организации работе с VR-оборудованием.

  • Провести пилотные циклы занятий по химии с использованием VR технологий и проанализировать итоги.

Практика предлагает расширить возможности химического практикума за счет проведения лабораторных работ в виртуальной реальности. Образовательное учреждение использует уже имеющееся VR оборудование или закупает новое, устанавливает VR Chemistry Lab, сотрудники проходят обучение работе с VR-оборудованием, с консультационной и методической поддержкой происходит планирование практических занятий в рамках кружков или основного курса.


АКТУАЛЬНОСТЬ


В федеральную общеобразовательную программу по химии входит проведение химического эксперимента, умение его спланировать и проанализировать. Тысячи школ в стране не имеют химической лаборатории или она недостаточна для качественного химического практикума. Значительно меньше школ не имеют доступа в Интернет. Российское приложение для VR шлемов VR Chemistry Lab погружает ученика в лабораторию, где он обладает свободой действий с химическими веществами, что позволяет ему самому планировать и проводить эксперименты, в том числе с опасными или отсутствующими в школе веществами, дорогим оборудованием. В приложение встроена физико-химическая математическая модель, которая обеспечивает химически корректный ответ на действия пользователя в реальном времени, позволяя в свободном режиме проводить как качественные, так и количественные эксперименты. Приложение уже используется более, чем в 50 образовательных организациях по России и не только.


МЕХАНИКА РЕАЛИЗАЦИИ


Существуют механизмы использования технологии как в режиме 1 ученик — 1 шлем, так и в режиме 1 шлем на пару или 1 шлем на класс. За счет автоматического сбора статистики результатов работы пользователя преподаватель/организация может отслеживать прогресс по каждому ученику отдельно, группе, классу или параллели.


Что получают те, кто внедряет практику:

  • Возможность снизить затраты времени сотрудников на подготовку трудоемких экспериментов, снизить финансовые затраты на закупку оборудования, посуды и реактивов

  • Возможность расшить существующий практикум экспериментами, которые считаются опасными для школьников (например, эксперименты, демонстрирующие свойства галогенов или концентрированных кислот)

  • Повышение мотивации к изучению химии: в индивидуальном виртуальном пространстве у ученика есть возможность не бояться ошибок и спокойном режиме проверять свои гипотезы, так как выполнение задачи можно всегда начать заново

  • Методическую, техническую и организационную поддержку на каждом шаге

  • Бесплатный доступ к начальной версии приложения при условии наличия собственного подходящего оборудования

  • Готовые задачи и методические материалы для их включения в занятие

  • Обучение преподавателей и технических специалистов

МАСШТАБИРОВАНИЕ

  • Одно из первых внедрений было осуществлено в 2019 г. в ГБОУ «Школа „Интеллектуал“. Прошел цикл из 5 дополнительных занятий для подготовки к ОГЭ по химии. Результаты сравнивали с контрольной группой не посещавших занятия.

  • Участники экспериментальной группы показали на ОГЭ-2019 более высокие результаты, чем средние результаты ОГЭ-2018. Для заданий, материал которых непосредственно на занятиях не разбирали, различие результатов экспериментальной группы и данных ОГЭ-2018 составило в среднем около 12% (от 3 до 16%, в зависимости от задания, выборка из 9 заданий). При этом для вопросов, материал которых разбирали на занятии, прирост в среднем составил около 27% (от 15 до 45 в зависимости от задания, 10 заданий).

Сайт практики

https://vrchemlab.ru/

Результат

Главный результат:

  • в 50+ образовательных организациях по России используется приложение VR Chemistry Lab.

  • на 12% улучшены результаты ОГЭ-2019 у участников экспериментальной группы.

Дополнительные результаты:

  • Рост количества выполняемых лабораторных работ с сохранением безопасной среды для ученика.

  • Снижение финансовых и временных затрат на организацию химического практикума в образовательной организации.

  • Повышение интереса к химии, проявляющееся в виде увеличения доли поступающих в учреждения СПО на химические специальности.

  • Повышение количества сдающих и среднего балла ЕГЭ и ОГЭ по химии в пилотных школах.

  • Повышение цифровых компетенций учителей и учеников.

Стоимость реализации: От 1 млн до 10 млн ₽

Организации-участники

  • Дальневосточный федеральный университет

    базовая организация для проведения программ дополнительного профессионального образования

Особенности внедрения

Чтобы внедрить практику в другом регионе можно:

  • Присоединиться к текущему проекту

Существует ряд особенностей, которые нужно учесть при внедрении.


Технические:

  1. Список совместимых VR шлемов: Pico Neo 3, Pico 4, Vive Focus 3, Oculus Quest 2, VIVE XR Elite, Vive Pro, Vive Pro 2, Vive Pro Eye, Vive Cosmos, Oculus Rift, HP Reverb, Dell visor, Samsung HMD Odyssey+, Acer AH101.

  2. Необходимая скорость доступа в Интернет не менее 0,5 Мбит/с на каждое VR-устройство.

  3. Для возможности трансляции изображения на внешний экран с некоторых шлемов нужна сеть Wi-Fi с частотой 5 гГц.

Организационные:

  1. В состав программного комплекса входит личный кабинет организации с различным уровнем прав доступа. Образовательной организации рекомендуется выделить технического специалиста, ответственного за выдачу доступа преподавателям и создание аккаунтов учеников. Лицензионный ключ, обеспечивающий доступ к приложению, вводится один раз и не может быть передан на другой аккаунт, поэтому не рекомендуется привязывать доступ к системе к личным адресам электронной почты сотрудников.

  2. Преподавателям необходимо пройти обучение использованию VR. На каждом вводном занятии с учащимися, ранее не работавшими с VR необходимо присутствие помощников, знакомых с оборудованием и приложением из расчета 1 помощник на 5-10 учащихся. В дальнейшем помощники не требуются.

  3. Производители VR оборудования не рекомендуют его использование лицами с эпилепсией и сходными состояниями. Таких учащихся рекомендуется или не допускать до работы с VR.

  4. VR оборудование нуждается в дезинфекции после использования. Хорошим вариантом является приобретение систем хранения с ультрафиолетовым излучением для дезинфекции устройств. Для ряда типов VR шлемов существуют сменные лицевые накладки, которые можно обрабатывать антисептиками.

Прочие:

  1. Набор доступных заданий в приложении постоянно расширяется. По мотивированному запросу образовательной организации набор может быть дополнен.

  2. Приложение может походить обновление версий, совершенствующее его функционал. Рекомендуется не игнорировать письма с технической информацией от команды поддержки приложения.

Помощь при внедрении

  • Организация обучения для сотрудников.

  • Консультации при закупке VR-оборудования.

  • Техническая и методическая поддержка на всех этапах.

  • Командировать сотрудника для поддержки отдельных шагов внедрения.

Этапы реализации

2 месяца

Для реализации проекта по внедрению VR-химической лаборатории в школы, в которых это необходимо, нужно 5 этапов:

  1. Оценка готовности школ к использованию VR технологий в учебном процессе и последующая подготовка и началу работы с VR. Ключевые параметры: наличие VR-шлемов, доступ в Интернет, наличие технического специалиста и учителя химии, готовых к обучению.

  2. Подготовка материальной базы и обучение специалистов: обучающий курс для учителей химии в смешанном формате, доступ к бесплатной базе знаний и методическим материалам. На имеющиеся шлемы виртуальной реальности должно быть установлено приложение VR Chemistry Lab: либо в начальной бесплатной версии, либо в основной платной. Начальная версия позволит освоиться с технологией и провести цикл из нескольких занятий. Если оборудования нет, организуется его закупка. Школа получает демо-доступ к приложению и проверяет соответствие параметров своей беспроводной сети требованиям приложения. При необходимости технический специалист проводит настройку сетевой инфраструктуры в соответствии с выданными инструкциями

  3. Разработка программы применения приложения в учебном процессе. Школа определяет как она хочет использовать дополнительные возможности для проведения лабораторных работ по химии: в формате кружка или в рамках занятий основного курса. Из списка готовых задач (около 100) и методических материалов собирается календарный план использования VR на тех или иных занятиях. Можно воспользоваться готовой программой кружка со всеми необходимыми материалами от разработчиков приложения. На этом этапе преподаватель осваивает работу с личными кабинетом, куда собирается статистика работы учеников, их результаты.

  4. Проведение занятий с учащимися. Важным этапом является первое ознакомительное занятие, на котором происходит знакомство с оборудованием и приложением. Для его успешного прохождения можно воспользоваться одним из готовых шаблонов вводного инструктажа в бесплатной базе знаний или преподаватель, прошедший обучающий курс из второго этапа, может справиться с этим самостоятельно. По мере адаптации учащихся к работе с оборудованием (происходит на 2-3 занятии) становится возможно вместить в одно практическое занятие с помощью VR Chemistry Lab больше лабораторных работ на единицу времени, чем при их выполнении в реальности.

  5. Обмен опытом и анализ результатов. У проекта есть постоянно действующее сообщество и техническая поддержка. Для анализа эффективности использования приложения в конкретной школе необходимо отслеживание результатов ВПР, ОГЭ и ЕГЭ для тех классов/групп, которые использовали VR.