Аннотация. В статье анализируется место виртуальной среды в практике преподавания химии. Проанализированы возможности и ограничения использования виртуального опыта (эксперимента) при обучении химии.
Ключевые слова: виртуальный эксперимент; виртуальная лаборатория; методика обучения химии.
Цифровизация образования охватила все образовательные организации, оказав существенное влияние на построении учебного процесса и коснулась всех учебных предметов общеобразовательной школы. В последние несколько лет кабинеты химии были оснащены интерактивными панелями (досками) со встроенными приложениями, помогающие в изучении сложного содержания предмета. Формально это внедрение отвечает актуальным запросам общества и способствует достижению показателей по критериям обеспечения образования федеральных нормативных документов. Однако с повышением уровня цифровой грамотности участников образовательного процесса наблюдается тенденция, приводящая к замещению реального химического эксперимента на его виртуальный аналог. Это создает фундаментальные противоречия: с одной стороны, цифровые технологии расширяют возможности в демонстрации процессов, недоступных в школьных лабораториях; с другой, их неконтролируемое применение оказывает негативное влияние на формирование экспериментальных навыков, которые развиваются при работе с веществами и оборудованием в реальных условиях проведения химического опыта.
Анализ литературы и педагогического опыта учителей показывает, что при внедрении цифровых лабораторий учителя все чаще отказываются от практических экспериментов, ссылаясь на нехватку реактивов, устаревшее оборудование и высокую ответственность за безопасность обучающихся [3].
Возникает парадоксальная ситуация: чем активнее школа оснащается цифровыми средствами обучения, тем реже ученики взаимодействуют с веществами, лабораторной посудой и приборами. Химия как экспериментальная наука рискует превратиться в «химию на экране» – набор визуальных образов, не подкрепленных реальным сенсорным опытом.
В связи с этим возникает необходимость переосмысления образовательного потенциала и дидактической роли химического эксперимента в условиях цифровизации образования. Однако прежде, чем переосмыслять роль эксперимента, важно объективно оценить текущую ситуацию: насколько часто реальные опыты заменяются виртуальными аналогами в школьной практике. С этой целью было проведено анкетирование обучающихся (число респондентов – 410 человек), из пяти образовательных учреждений: Предуниверсарий МГПУ, Цифровая школа МГПУ, ГБОУ Школа №1476, ГБОУ Школа №2103, ГБОУ Школа №1561. Среди респондентов: 207 учеников 9-го класса, 93 – 10-го класса и 110 – 11-го класса. Участникам предлагалось ответить на вопросы, касающиеся количества выполненных реальных экспериментов и продемонстрированных опытов, а также оценить уровень владения практическими навыками. Полученные результаты представлены на рисунке 1, 2.
Рис. 1. Ответы участников на вопрос «Как часто на уроках химии Вы (или учитель) выполняете лабораторные опыты?»
Рис. 2. Ответы участников на вопрос «Как часто вместо проведения реального опыта показывают видео или виртуальную симуляцию?»
Представленные на диаграмме данные подтверждают устойчивую тенденцию: в современной образовательной практике виртуальные среды очень часто замещают реальный эксперимент, занимая доминирующее положение даже при возможности проведения реального эксперимента. В связи с этим возникает вопрос: всегда ли такая замена оправдана с точки зрения достижения планируемых образовательных результатов?
Прежде чем оценить допустимую меру замещения практического опыта виртуальным, важно определить, какие функции выполняет химический эксперимент в обучении химии и какова возможность их реализации с использованием виртуальных лабораторий.
Согласно методической литературе, «химический эксперимент – это метод обучения, основанный на наблюдении за изменениями химического вещества в определённых условиях» [5]. Методика проведения химического эксперимента предполагает выдвижение и проверку гипотезы. Эта деятельность развивает мышление обучающихся, мотивирует их на применение теоретических знаний в практическом плане, формирует исследовательские навыки посредством получения нового знания. Химический эксперимент необходим в учебе, поскольку он представляет собой самостоятельную ценность, и личностно значим для обучающихся. Ни имитации, ни видеозаписи при этом не могут полностью заменить его [5], [6].
Для экспериментов характерны три основополагающие функции:
- познавательная: эксперимент позволяет моделировать практические ситуации и демонстрирует связь химии с повседневной жизнью;
- воспитывающая: работа с реальными объектами формирует научное мировоззрение и способствует осознанному выбору профессии;
- развивающая: в ходе эксперимента обучающиеся совершенствуют практические и общенаучные навыки.
Химическому эксперименту присущи и другие функции. Эвристическая функция химического эксперимента проявляется в открытии новых знаний. Корректирующая функция химического эксперимента проявляется в преодолении трудностей освоения теоретического материала и исправлении ошибок обучающихся. Обобщающая функция химического эксперимента позволяет систематизировать знания на основе серии опытов. Исследовательская функция химического эксперимента реализуется в рамках проблемного обучения, где эксперимент становится способом самостоятельного поиска решения проблем [7].
Рассмотрим, насколько каждая из этих функций реализуется в виртуальной среде:
- Познавательная функция. Реальный эксперимент способствует включению различных органов чувств и развитию когнитивных способностей, что способствует повышению усвоения материала. В то время как в виртуальной среде акцент смещается на визуальное восприятие, что снижает эффективность формирования химических знаний.
- Воспитательная функция. Взаимодействие с реальными веществами и оборудованием формирует у обучающихся научное мировоззрение, а также развивает ответственное отношение к труду и культуре безопасного взаимодействия с химическими объектами. Виртуальные среды, будучи лишенными материальной основы, не могут в полной мере обеспечить реализацию воспитательной функции.
- Развивающая функция. Реальный эксперимент обеспечивает развитие как интеллектуальных способностей, так и практических навыков, необходимых для экспериментальной деятельности. В виртуальных средах развивающая функция ограничивается формированием интеллектуальной сферы, тогда как практические навыки работы с лабораторным оборудованием остаются незатронутыми.
- Эвристическая функция. В процессе выполнения реального эксперимента у обучающихся формируются новые знания и установление раннее неизвестных факторов. Виртуальная среда, напротив, предлагает лишь заранее запрограммированные сценарии, что снижает возможность проявления исследовательской инициативы и совершения самостоятельных открытий.
- Корректирующая функция. В реальном эксперименте ошибки выявляются непосредственно в ходе работы и требуют от обучающегося анализа причин для их устранения. В виртуальной среде ошибочные действия не несут существенных последствий, так как их легко устранить при помощи сброса программы.
- Обобщающая функция. Серия взаимосвязанных реальных опытов позволяет обучающимся самостоятельно выводить химические закономерности. Лаборатории в виртуальных средах демонстрируют отдельные явления, но не обеспечивают полноту чувственного опыта для самостоятельного обобщения.
- Исследовательская функция. Реальный эксперимент развивает у обучающихся способность к самостоятельному познанию и формирует готовность к решению практических задач в условиях «неопределенности». В виртуальной среде заложено большое количество подсказок и направляющих элементов, которые приводят к снижению самостоятельности при выполнении эксперимента.
Таким образом, проведенный анализ функций химического эксперимента показывает, что виртуальные среды способны обеспечить иллюстративно-демонстрационные составляющие, тогда как полноценное развитие познавательной, воспитывающей, развивающей, эвристической, корректирующей, обобщающей и исследовательской функции, в полном объеме возможны только в условиях реального эксперимента [4].
Несмотря на то, что виртуальные среды способны реализовать только некоторую часть функций, полный отказ от них так же ошибочен, как и полная замена ими реального опыта. Существуют области, где виртуальные среды не просто удобны, а дидактически оправданы:
- моделирование опасных процессов;
- моделирование молекул;
- изучение механизмов реакции;
- изучение химической кинетики;
- подготовка к экзаменам.
В связи с этим важно выяснить, как сами обучающиеся оценивают границы допустимости замещения реального эксперимента на виртуальный. Для этого участникам был задан вопрос: «Как Вы думаете, в каких случаях использование видеозаписей или виртуальных симуляций химических опытов оправдано вместо проведения реального эксперимента?». Распределение ответов представлено на рисунке 3.
Рис. 3. Ответы участников на вопрос о допустимости замещения реального эксперимента виртуальным
Полученные данные показывают, что обучающиеся осознают целесообразность использования виртуальных сред в ситуациях, когда реальный опыт невозможен в связи с риском для здоровья, при нехватке необходимых реактивов, а также для изучения процессов, которые невозможно увидеть без специальных приборов.
Исходя из полученных данных можно сделать вывод, что виртуальные среды не должны становится заменой, а должны стать дополнительным инструментом для расширения возможностей при изучении химических наук [1]. Существуют области, где их применение не просто удобно, а дидактически оправдано: от моделирования опасных процессов и трехмерного строения молекул до детального изучения механизмов реакций и кинетики. Грамотное использование виртуальной среды заключается в том, что она применима в условиях нехватки реактивов, высоких затрат для проведения эксперимента, длительного протекания реакции и невозможности увидеть процесс без специальных приборов [2].
Хорошим примером интеграции реального эксперимента и виртуальной среды служит тема «Получение аммиака и изучение его свойств» описанная на рисунке 4.
Рис. 4. Получение аммиака и изучение его свойств
Использование виртуальной среды в образовательном процессе позволяет нам преодолеть ограничения реального химического эксперимента, позволяя многократно воспроизводить химические реакции, не расходую при этом вещества (реагенты).
Резюмируя выше сказанное, можно отметить, что цифровизация химического образования – это неизбежный процесс, требующий методологически обоснованного подхода. Это связано с тем, что несмотря на то, что виртуальные среды являются эффективными инструментами визуализации и моделирования, они имеют ряд ограничений.
Главный риск полной цифровизации химического образования заключается в развитии «стереотипного» мышления, которое лишает обучающихся способности видеть различия между реальным экспериментом и его теоретической моделью. В отличие от виртуальной среды, реальная практика включает в себя такие факторы, как калибровка приборов, неоднородность реакционной смеси, зависимость результатов от исходных концентраций реагентов, потерю реагентов за счет адсорбции на стенках сосудов и развитие сенсорного опыта, основанного на характеристиках химических реакций.
Если эти факторы будут исключены из образовательного процесса, учащиеся не смогут понять вероятности эксперимента или принимать решения в условиях неполных или противоречивых данных.
Поэтому можно сформулировать ключевой принцип проектирования образовательного процесса: виртуальные среды не должны заменять реальные эксперименты, а скорее создавать «зону ближайшего развития» и готовить обучающихся к осмысленному взаимодействию с реальными объектами. Наиболее разумным решением является использование гибридной модели, позволяющей применять виртуальные среды для изучения экспериментальных методов и отработки сложных химических процессов, в то время как реальные лабораторные опыты формируют основу для развития профессиональных навыков решения практических задач. Для сохранения химии как экспериментальной науки учебные программы и методические указания должны предусматривать обязательный минимум практической работы в реальных условиях, которую нельзя заменить виртуальными средами, особенно на начальных этапах обучения.
Список литературы:
- Айтасова Д.А., Фарус О.А. Применение интерактивных технологий в преподавании химии // Мир педагогики и психологии: международный научно-практический журнал, 2022. (дата обращения: 01.02.2026).
- Аллаева А., Овульягулыева А. Использование симуляторных программ на уроках химии // Научный журнал «Наука и мировоззрение», 2026. (дата обращения: 01.02.2026).
- Балтыков А.К. Цифровизация образовательных ситуаций для формирования познавательной активности // Проблемы современного педагогического образования, 2024. С. 34-36.
- Барышева Е.Д., Герасимова И.В., Новичкова А.А. Использование цифровой лаборатории в обучении химии // Познание и деятельность: от прошлого к настоящему. Омск: материалы IV Всероссийской междисциплинарной научной конференции, посвященной 90-летию со дня создания Омского государственного педагогического университета и 300-летию Российской академии наук. 2022. С. 261-263.
- Моргачева Н.В., Сотникова Е.Б. Химический эксперимент как метод естественнонаучного познания в современной школе // Современные наукоемкие технологии, 2020. №9. С. 183-188.
- Шехавцева Т.В. Химический эксперимент. Его место в образовательном процессе на уроках химии. Техника безопасности при проведении химических экспериментов. 2025. (дата обращения: 01.02.2026).
- Шишканова В.К. Химический эксперимент в современной школе // Педагогические чтения имени А.А. Куманева. Новые векторы развития образования: лучшие практики, проблемы, перспективы. 2025. С. 141-144.
Developing experimental skills in chemistry in the context of digitalization of modern education
Minaeva E.I.,
student of 3 course of the Moscow City University, Moscow
Научный руководитель:
Zhukova Natalya Vyacheslavovna,
Associate Professor, Head of the Department of Natural Sciences, Institute of Natural Sciences and Sports Technologies, Moscow City University, Candidate of Chemical Sciences
Abstract. This article analyzes the role of the modern environment in chemistry teaching practice. The possibilities and limitations of using virtual experience (experimentation) in chemistry learning are analyzed.
Keywords: virtual experiment; virtual laboratory; chemistry teaching methods.
References:
- Aitasova D.A., Farus O.A. Using Interactive Technologies in Teaching Chemistry // The World of Pedagogy and Psychology: International Scientific and Practical Journal, 2022. (date of the address: 01.02.2026).
- Allaeva A., Ovulyagulieva A. Using Simulation Programs in Chemistry Lessons // Scientific Journal «Science and Worldview». (date of the address: 01.02.2026).
- Baltykov A.K. Digitalization of Educational Situations for the Formation of Cognitive Activity // Problems of Modern Pedagogical Education, 2024.: 34-36.
- Barysheva E.D., Gerasimova I.V., Novichkova A.A. Using a Digital Laboratory in Teaching Chemistry // Cognition and Activity: From Past to Present. Omsk: Proceedings of the IV All-Russian Interdisciplinary Scientific Conference dedicated to the 90th Anniversary of the Omsk State Pedagogical University and the 300th Anniversary of the Russian Academy of Sciences. 2022.: 261-263.
- Morgacheva N.V., Sotnikova E.B. Chemical Experiment as a Method of Natural Science Cognition in a Modern School // Modern Science-Intensive Technologies. 2020. №9.: 183-188.
- Shekhavtseva T.V. Chemical Experiment. Its Place in the Educational Process in Chemistry Lessons. Safety Precautions for Conducting Chemical Experiments. 2025. (date of the address: 01.02.2026).
- Shishkanova V.K. Chemical Experiment in Modern School // Pedagogical Readings named after A.A. Kumanev. New vectors of education development: best practices, problems, prospects. 2025.: 141-144.