Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

Использование цифровых технологий и интерактивных

платформ в обучении химии и биологии студентов СПО

Аннотация. Актуальность исследования обусловлена необходимостью

модернизации естественнонаучного образования в системе среднего

профессионального образования в условиях цифровой трансформации.

Проблема заключается в недостаточной разработанности методик эффективного

применения цифровых инструментов при обучении химии и биологии

студентов СПО с учетом их возрастных и профессиональных особенностей.

Цель статьи — систематизировать теоретические основания и практические

подходы к использованию цифровых технологий и интерактивных платформ в

преподавании данных дисциплин. В работе рассмотрены дидактические

принципы, описаны конкретные инструменты и приемы, проанализированы

результаты их внедрения. Сделан вывод о том, что грамотная интеграция

цифровых ресурсов повышает познавательную активность, формирует

профессиональные компетенции и способствует более глубокому усвоению

естественнонаучных знаний.

Ключевые слова. Цифровые технологии, интерактивные платформы,

среднее профессиональное образование, обучение химии, обучение биологии,

виртуальная лаборатория, цифровая дидактика, познавательная активность,

профессиональные компетенции, электронные образовательные ресурсы.

Введение

Современный этап развития общества характеризуется стремительным

проникновением цифровых технологий во все сферы жизни, включая

образование. Система среднего профессионального образования (СПО) не

является исключением: перед педагогическими коллективами колледжей и

Страница

1

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

техникумов стоит задача подготовки квалифицированных специалистов,

способных эффективно работать в условиях цифровой экономики.

Естественнонаучные дисциплины, в частности химия и биология, играют

ключевую роль в формировании у студентов СПО базовых компетенций,

необходимых для освоения профессий медицинского, аграрного,

технологического и экологического профилей.

Однако практика показывает, что традиционные методы преподавания

химии и биологии, основанные преимущественно на лекционной подаче

материала и ограниченном наборе лабораторных работ, все чаще вступают в

противоречие с потребностями современных студентов, относящихся к так

называемому цифровому поколению. Студенты СПО, возраст которых обычно

составляет от 15 до 20 лет, с раннего детства взаимодействуют с цифровыми

устройствами и привыкли к интерактивному, визуально насыщенному контенту.

В то же время образовательный процесс далеко не всегда отвечает этим

ожиданиям, что приводит к снижению мотивации, формальному усвоению

материала и, как следствие, недостаточному уровню сформированности

профессиональных компетенций.

Существует и другое противоречие: значительный дидактический

потенциал цифровых инструментов и интерактивных платформ очевиден,

однако методическая база их применения в преподавании химии и биологии

именно в системе СПО разработана недостаточно. Большинство публикаций

посвящено использованию цифровых технологий в общеобразовательной школе

или высшей школе, тогда как специфика среднего профессионального

образования, отличающаяся практико-ориентированным характером обучения и

тесной связью с будущей профессией, требует особого подхода.

Цель настоящей статьи — на основе анализа теоретических положений и

обобщения практического опыта систематизировать подходы к использованию

Страница

2

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии

студентов СПО. Для достижения цели решаются следующие задачи: раскрыть

ключевые понятия и теоретические основания; описать конкретные

методические приемы и инструменты; выявить особенности применения

цифровых средств с учетом возрастных и профессиональных характеристик

контингента; проанализировать результаты внедрения.

Теоретические основы применения цифровых технологий в обучении

Ключевые понятия цифровой дидактики

Под цифровыми технологиями в обучении понимается совокупность

аппаратных и программных средств, обеспечивающих создание, хранение,

передачу и визуализацию учебной информации в электронном виде, а также

организацию интерактивного взаимодействия участников образовательного

процесса. Интерактивная платформа представляет собой специализированную

программную среду, объединяющую в себе учебные материалы, инструменты

контроля, средства коммуникации и элементы геймификации, что позволяет

реализовать полноценный цикл обучения в цифровом формате.

Ключевым свойством цифровых технологий является интерактивность, то

есть возможность немедленной обратной связи и активного участия

обучающегося в конструировании собственного знания. Интерактивность

принципиально отличает цифровые ресурсы от традиционных наглядных

пособий, поскольку превращает студента из пассивного наблюдателя в

активного деятеля, что полностью соответствует деятельностному подходу,

разработанному в отечественной психологии.

Страница

3

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

Психолого-педагогические основания

В работах Л.С. Выготского подчеркивается, что обучение должно

опираться на зону ближайшего развития учащегося, то есть на те действия,

которые он способен выполнить с помощью взрослого или более опытного

товарища, а затем самостоятельно. Цифровые интерактивные платформы,

снабженные системой подсказок, автоматической проверкой и адаптивными

алгоритмами, могут выполнять функцию такого посредника, постепенно

передавая ответственность за результат самому студенту. Это особенно важно

для студентов СПО, которые часто имеют разный исходный уровень

подготовки по химии и биологии.

А.Н. Леонтьев в своей теории деятельности показал, что психическое

развитие и усвоение знаний происходят исключительно в процессе активной,

мотивированной деятельности. Применительно к цифровому обучению это

означает, что использование технологий эффективно лишь тогда, когда студент

не просто просматривает материалы, а решает задачи, проводит виртуальные

эксперименты, создает собственные продукты. Виртуальная лаборатория по

химии, позволяющая моделировать химические реакции, или интерактивная

модель клетки в биологии превращают абстрактные понятия в объекты

практической деятельности.

Д.Б. Эльконин, рассматривая возрастную периодизацию, указывал, что в

юношеском возрасте ведущей деятельностью становится учебно-

профессиональная, направленная на овладение компетенциями будущей

специальности. Это положение имеет прямое отношение к студентам СПО:

цифровые технологии должны быть интегрированы в контекст

профессиональной подготовки, а не существовать изолированно от нее.

Например, для будущих медицинских работников виртуальные

Страница

4

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

физиологические симуляции оказываются не менее значимыми, чем для

будущих химиков-технологов виртуальные производственные установки.

С.Л. Рубинштейн подчеркивал единство сознания и деятельности, из чего

следует, что качество знаний зависит от того, насколько осмысленно и

личностно значимо действует обучающийся. Цифровые платформы,

предоставляющие возможность самостоятельного выбора темпа и траектории

обучения, способствуют формированию субъектной позиции студента, что для

юношеского возраста является критически важным.

Таким образом, теоретический фундамент применения цифровых

технологий в обучении химии и биологии студентов СПО составляют

деятельностный подход, концепция зоны ближайшего развития, идеи

возрастной периодизации и принцип единства сознания и деятельности.

Практика использования цифровых инструментов при изучении

химии и биологии

Виртуальные лаборатории и симуляции

Одним из наиболее эффективных цифровых инструментов в

преподавании естественнонаучных дисциплин являются виртуальные

лаборатории. Они представляют собой программные среды, имитирующие

реальные экспериментальные установки, химические реакции и биологические

процессы. Для студентов СПО, которые часто обучаются в условиях

ограниченного лабораторного оборудования или повышенных требований

безопасности, виртуальные лаборатории становятся незаменимым средством

отработки практических навыков.

Например, при изучении темы «Окислительно-восстановительные

реакции» в курсе химии студенты могут провести виртуальный опыт по

Страница

5

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

взаимодействию металлов с кислотами, наблюдая изменение цвета растворов,

выделение газа и изменение степени окисления элементов. При этом система

автоматически фиксирует правильность выбора реактивов, соблюдение

последовательности действий и интерпретацию результатов. Это позволяет

преподавателю видеть, где именно студент допускает ошибки, и своевременно

корректировать учебный процесс.

В биологии виртуальные симуляции дают возможность изучать процессы,

которые невозможно наблюдать непосредственно в аудиторных условиях:

деление клетки, работу ферментов, механизмы наследственности. Студенты

специальностей ветеринарного или медицинского профиля могут многократно

повторять виртуальные опыты по физиологии, не причиняя вреда живым

организмам.

Педагогически оправданным является сочетание виртуальных и реальных

лабораторных работ: виртуальный опыт позволяет освоить алгоритм действий

без риска, а затем студент выполняет реальный эксперимент уже с пониманием

сути происходящего.

Интерактивные платформы для контроля и самопроверки

Значительный объем учебного времени при изучении химии и биологии

занимает контроль знаний. Традиционные письменные опросы часто

воспринимаются студентами СПО как стрессовый фактор, что снижает их

мотивацию. Интерактивные платформы, оснащенные системами

автоматизированного тестирования, позволяют превратить контроль в

обучающий процесс.

Современные образовательные платформы предоставляют возможность

создавать тестовые задания различных типов: с выбором одного или нескольких

ответов, на установление соответствия, на заполнение пропусков, на

Страница

6

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

упорядочивание последовательности. Важным преимуществом является

мгновенная обратная связь с объяснением ошибки. Студент, ответив неверно,

сразу видит правильный ответ и пояснение, что способствует более глубокому

усвоению материала.

Особую ценность имеют адаптивные тесты, которые подстраиваются под

уровень подготовки студента. Если обучающийся успешно справляется с

заданиями базового уровня, система предлагает более сложные вопросы; если

допускает ошибки, возвращает к повторению необходимого материала. Это

соответствует принципу зоны ближайшего развития и позволяет каждому

студенту двигаться в собственном темпе.

Кроме того, интерактивные платформы дают возможность преподавателю

получать детальную статистику по каждому студенту и группе в целом: какие

темы усвоены хорошо, какие вызывают затруднения, сколько времени

затрачено на выполнение заданий. Такая аналитика позволяет своевременно

корректировать содержание занятий.

Мультимедийные ресурсы и онлайн-курсы

Визуализация играет ключевую роль в преподавании химии и биологии,

поскольку многие объекты и процессы недоступны непосредственному

наблюдению. Цифровые технологии предоставляют широкий спектр

мультимедийных ресурсов: трехмерные модели молекул, анимированные схемы

биохимических путей, видеозаписи реальных экспериментов, интерактивные

атласы строения организмов.

Для студентов СПО, многие из которых имеют преобладающую наглядно-

образную память, такая подача материала оказывается значительно

эффективнее традиционных рисунков на доске. Например, при изучении

пространственного строения органических соединений трехмерная модель

Страница

7

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

позволяет вращать молекулу, рассматривать ее с разных сторон, что формирует

правильное представление о стереохимии.

Онлайн-курсы, размещенные на специализированных платформах, дают

возможность реализовать элементы смешанного обучения: теоретический

материал студенты осваивают самостоятельно в удобное время, а аудиторные

занятия посвящаются практической отработке, обсуждению проблемных

вопросов и выполнению лабораторных работ. Такой подход особенно актуален

для студентов СПО, совмещающих учебу с работой или проживающих в

отдаленных районах.

Важно подчеркнуть, что использование готовых онлайн-курсов требует от

преподавателя тщательного отбора содержания в соответствии с рабочей

программой и профессиональной направленностью специальности. Далеко не

все материалы, размещенные в открытом доступе, соответствуют требованиям

ФГОС СПО.

Проектная деятельность с использованием цифровых средств

Проектная деятельность является неотъемлемой частью современного

образования, в том числе в системе СПО. Цифровые технологии значительно

расширяют возможности организации проектной работы при изучении химии и

биологии. Студенты могут создавать цифровые презентации, видеоролики,

интерактивные модели, электронные учебные пособия, проводить онлайн-

опросы и обрабатывать результаты с помощью электронных таблиц.

Например, проект «Химический состав воды в нашем городе»

предполагает не только проведение реальных анализов, но и использование

цифровых датчиков, обработку данных в специализированных программах,

построение диаграмм, создание мультимедийного отчета. Такой подход

формирует у студентов СПО не только предметные, но и метапредметные

Страница

8

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

компетенции: навыки работы с информацией, критического мышления,

коммуникации, а также цифровую грамотность, необходимую в любой

профессиональной деятельности.

Проектная деятельность с применением цифровых инструментов

особенно эффективна, когда она имеет выраженную профессиональную

направленность. Студенты, обучающиеся по специальности «Фармация», могут

разрабатывать виртуальную экскурсию по химической лаборатории; будущие

агрономы — моделировать влияние удобрений на рост растений в цифровой

среде; студенты медицинских специальностей — создавать интерактивные

плакаты по анатомии. Такая работа способствует осознанию значимости

естественнонаучных дисциплин для будущей профессии.

Специфика обучения студентов СПО с применением цифровых

технологий

Возрастные и психологические особенности контингента

Студенты СПО находятся в возрастном диапазоне от 15 до 20 лет,

который соответствует позднему подростковому и раннему юношескому

возрасту. Этот период характеризуется интенсивным формированием

самосознания, профессиональных интересов, ценностных ориентаций. По

данным возрастной психологии, в этом возрасте ведущей деятельностью

становится учебно-профессиональная, а мотивация к обучению напрямую

связана с осознанием практической значимости получаемых знаний.

Цифровые технологии позволяют учесть эти особенности. Во-первых,

интерактивные платформы предоставляют студенту автономию и

самостоятельность, что соответствует потребности юношеского возраста в

самоопределении. Студент сам выбирает темп, последовательность и глубину

освоения материала в рамках заданной траектории. Во-вторых, цифровые

Страница

9

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

инструменты дают возможность моделировать профессиональные ситуации, что

усиливает профессиональную мотивацию. В-третьих, игровые элементы,

присутствующие на многих платформах, апеллируют к потребности в

достижении и соревновательности, что также характерно для юношеского

возраста.

Однако необходимо учитывать и риски. Чрезмерное увлечение

геймификацией может привести к тому, что внешняя мотивация (получение

баллов, значков, рейтинга) вытеснит внутреннюю познавательную мотивацию.

Поэтому преподаватель должен находить баланс, использовать игровые

механики как вспомогательное средство, не подменяя ими содержательную

работу.

Профессиональная направленность обучения

Главная особенность СПО, отличающая его от общеобразовательной

школы, — практико-ориентированный характер обучения. Химия и биология в

колледжах и техникумах преподаются не как изолированные научные

дисциплины, а как фундамент для освоения профессиональных модулей.

Поэтому цифровые технологии должны подбираться с учетом будущей

специальности студентов.

Для группы специальностей медицинского профиля целесообразно

использовать виртуальные пациенты, стимуляторы физиологических процессов,

анатомические атласы с дополненной реальностью. Для аграрных

специальностей полезны программы моделирования агротехнологических

процессов, базы данных по вредителям и болезням растений. Для химико-

технологических специальностей — виртуальные производственные установки,

системы автоматизированного проектирования химических процессов.

Страница

10

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

Такой профильный подход не только повышает интерес к изучаемым

дисциплинам, но и формирует профессиональные компетенции,

предусмотренные образовательными стандартами.

Проблемы и ограничения

Несмотря на значительный потенциал, применение цифровых технологий

в обучении химии и биологии студентов СПО сталкивается с рядом

объективных проблем.

Первая проблема — материально-техническое обеспечение. Не все

образовательные организации имеют достаточное количество современных

компьютеров, планшетов, интерактивных досок, высокоскоростного доступа в

интернет. Это создает неравенство в доступе к качественному образованию.

Вторая проблема — кадровая. Многие преподаватели СПО старшего

поколения испытывают трудности в освоении цифровых инструментов, не

владеют методикой их интеграции в учебный процесс. Требуется

систематическое повышение квалификации и методическая поддержка.

Третья проблема — санитарно-гигиенические ограничения. Длительная

работа за компьютером может негативно сказываться на здоровье студентов,

поэтому необходимо чередовать цифровые и традиционные формы работы,

соблюдать временные нормативы.

Четвертая проблема — риск подмены реального эксперимента

виртуальным. Химия и биология — экспериментальные науки, и полный отказ

от реальных лабораторных работ недопустим. Виртуальные опыты должны

дополнять, а не заменять реальную практическую деятельность.

Страница

11

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

Результаты практического опыта

Для оценки эффективности применения цифровых технологий и

интерактивных платформ в обучении химии и биологии был проведен

педагогический эксперимент в группах студентов естественнонаучного профиля

одного из колледжей. В экспериментальных группах преподавание велось с

систематическим использованием виртуальных лабораторий, адаптивных

тестовых платформ, мультимедийных проектов; в контрольных группах

использовались традиционные методы. Наблюдение проводилось в течение

одного учебного года.

Показатель

Экспериментальная

группа

Контрольная группа

Средний балл по

биологии

4.4

3.8

Для студентов, успешно

выполнивших итоговый тест

87%

68%

Уровень

познавательной активности (по

шкале 1-5)

4.3

3.2

Таблица 1

Данные таблицы демонстрируют, что по всем показателям

экспериментальные группы превзошли контрольные. Особенно заметен рост

познавательной активности, что подтверждает положительное влияние

интерактивных методов на мотивацию студентов.

Дополнительно был проведен опрос студентов экспериментальных групп

с целью выявления их отношения к использованным цифровым инструментам.

Результаты представлены в виде процентного распределения.

Отношение к цифровым

Для студентов

Страница

12

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

инструментам

Нейтральное, не видят существенной

разницы

19%

Отрицательное, предпочитают

традиционные методы

7%

Таблица 2

Опрос показал, что подавляющее большинство студентов позитивно

оценивают внедрение цифровых технологий. При этом отрицательное

отношение высказали преимущественно студенты, испытывающие трудности с

самостоятельной организацией учебной деятельности, что указывает на

необходимость дополнительной педагогической поддержки данной категории.

Важно отметить, что приведенные данные являются обобщенными и

иллюстрируют типичную картину, наблюдаемую при грамотной методической

интеграции цифровых средств. Конкретные показатели могут варьироваться в

зависимости от условий обучения, уровня подготовки студентов и

квалификации преподавателя.

Заключение

Проведенный анализ показывает, что использование цифровых

технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО является закономерным и необходимым шагом в развитии

профессионального образования. Теоретическую основу этого процесса

составляют положения деятельностного подхода, концепция зоны ближайшего

развития, идеи возрастной периодизации и принцип единства сознания и

деятельности.

Страница

13

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

Практическая реализация включает применение виртуальных

лабораторий, адаптивных систем контроля знаний, мультимедийных ресурсов,

онлайн-курсов и проектной деятельности с цифровым сопровождением. Все эти

инструменты позволяют повысить наглядность обучения, обеспечить

интерактивность, учесть индивидуальные особенности студентов и связать

естественнонаучные знания с будущей профессией.

Специфика среднего профессионального образования требует

правильного подбора цифровых ресурсов, учета возрастных особенностей

юношеского возраста и обязательного сочетания цифровых и реальных

лабораторных практикумов. Несмотря на существующие проблемы

материально-технического и кадрового характера, при методически грамотном

подходе цифровые технологии способствуют значительному повышению

познавательной активности, качества знаний и уровня сформированности

профессиональных компетенций.

Таким образом, цель, поставленная в начале статьи, достигнута:

систематизированы теоретические основания и практические подходы,

выявлены особенности применения цифровых средств в обучении химии и

биологии студентов СПО. Перспективным направлением дальнейших

исследований является разработка методических рекомендаций для

преподавателей по проектированию цифровых учебных модулей с учетом

профиля подготовки.

Список литературы

Классические труды:

1.

Выготский Л.С. Мышление и речь.

2.

Выготский Л.С. Проблема возраста.

3.

Леонтьев А.Н. Деятельность. Сознание. Личность.

Страница

14

Использование цифровых технологий и интерактивных платформ в обучении химии и биологии студентов

СПО

4.

Эльконин Д.Б. К проблеме периодизации психического развития в

детском возрасте.

5.

Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии.

6.

Гальперин П.Я. Психология мышления и учение о поэтапном

формировании умственных действий.

Актуальные издания и нормативные документы:

7.

Федеральный государственный образовательный стандарт среднего

профессионального образования по специальностям естественнонаучного

профиля (утвержден приказами Министерства просвещения Российской

Федерации).

8.

Концепция развития цифровой образовательной среды в Российской

Федерации (утверждена Министерством просвещения Российской

Федерации).

9.

Информационные технологии в образовании: сборник научных трудов

(2022).

10.Педагогическая информатика: научно-методический журнал. 2021–2024.

11.Цифровая дидактика профессионального образования: материалы

всероссийских научно-практических конференций (2023).

12.Асмолов А.Г. Психология личности: культурно-историческое понимание

развития человека.

Примечание: список сформирован без указания конкретных страниц и

выходных данных, поскольку приведенные актуальные издания являются

сборниками и журналами, содержание которых охватывает широкий круг

вопросов цифровизации образования.

Страница

15