Підготовка майбутнього вчителя хімії до формування дослідницьких умінь учнів із використанням інноваційних технологій навчання

Abstract

Сучасна хімічна освіта вимагає переходу від репродуктивного засвоєння знань до діяльнісного, дослідницького типу навчання, що ґрунтується на розвитку в учнів умінь ставити запитання, формулювати гіпотези, планувати й проводити експеримент, інтерпретувати результати та здійснювати рефлексію. Разом із тим результати опитувань учителів хімії засвідчують недостатню готовність педагогів до впровадження STEM-, AR/VR- та цифрових технологій, що суттєво обмежує можливості формування дослідницької компетентності школярів. Це зумовлює потребу модернізації підготовки майбутнього вчителя хімії з акцентом на використанні інноваційних інструментів навчання. Мета статті полягає у визначенні теоретичних і методичних засад формування дослідницьких умінь учнів у процесі хімічної освіти та обґрунтуванні можливостей інноваційних технологій цифрових лабораторій, інтерактивних симуляцій, STEM-ресурсів і web-інструментів – для підвищення готовності майбутнього вчителя хімії до організації дослідницької діяльності школярів. Дослідження ґрунтується на комплексі наукових методів: аналізі психолого-педагогічних та методичних джерел; узагальненні результатів анкетування вчителів хімії з різних регіонів України; порівняльному аналізі функціональних можливостей віртуальних лабораторій (PhET, VirtuLab, ChemCollective, Wolfram Demonstrations Project тощо); вивченні результатів педагогічних експериментів щодо впровадження STEM-, web- та хмарних технологій у навчання хімії; статистичній інтерпретації емпіричних даних. У статті розкрито сутність і структуру дослідницьких умінь учнів, визначено їх ключову роль у компетентнісній моделі хімічної освіти. Встановлено, що лише 24,1% учителів системно застосовують STEM- підходи, а рівень обізнаності з AR-технологіями залишається критично низьким (15,8%). Здійснений аналіз цифрових лабораторій підтвердив їх високу ефективність для моделювання хімічних процесів, формування навичок гіпотезування, аналізу та інтерпретації результатів. Педагогічні експерименти засвідчили зростання рівня дослідницької компетентності учнів на 10–19% за окремими показниками після впровадження цифрово орієнтованих технологій, а кількість учнів з високим рівнем сформованості таких умінь збільшилася більш ніж удвічі. У підготовці майбутніх учителів інтеграція хмарних сервісів, веб-квестів і симуляцій сприяла зростанню цифрової та дослідницької компетентності у 2–3 рази. Результати дослідження можуть бути використані для модернізації освітніх програм педагогічних університетів, розроблення модулів із цифрових STEM- і AR/VR-технологій, підвищення кваліфікації вчителів хімії, створення електронних навчальних ресурсів і віртуальних лабораторій.

Modern chemistry education requires a transition from reproductive acquisition of knowledge to an active, research-based type of learning, which is based on the development of students' skills to ask questions, formulate hypotheses, plan and conduct experiments, interpret results, and reflect. At the same time, the results of surveys of chemistry teachers indicate insufficient readiness of teachers to implement STEM, AR/VR, and digital technologies, which significantly limits the possibilities of forming research competence in schoolchildren. This necessitates the modernization of the training of future chemistry teachers with an emphasis on the use of innovative teaching tools. The purpose of the article is to determine the theoretical and methodological foundations of the formation of students' research skills in the process of chemistry education and to substantiate the possibilities of innovative technologies of digital laboratories, interactive simulations, STEM resources and web tools - to increase the readiness of future chemistry teachers to organize research activities of schoolchildren. The study is based on a set of scientific methods: analysis of psychological, pedagogical and methodological sources; generalization of the results of a survey of chemistry teachers from different regions of Ukraine; comparative analysis of the functional capabilities of virtual laboratories (PhET, VirtuLab, ChemCollective, Wolfram Demonstrations Project, etc.); study of the results of pedagogical experiments on the implementation of STEM, web and cloud technologies in chemistry education; statistical interpretation of empirical data. The article reveals the essence and structure of students' research skills, identifies their key role in the competency model of chemistry education. It was found that only 24.1% of teachers systematically apply STEM approaches, and the level of awareness of AR technologies remains critically low (15.8%). The analysis of digital laboratories confirmed their high efficiency for modeling chemical processes, developing skills in hypothesizing, analyzing and interpreting results. Pedagogical experiments have shown an increase in the level of students' research competence by 10–19% according to individual indicators after the introduction of digitally oriented technologies, and the number of students with a high level of formation of such skills has more than doubled. In the training of future teachers, the integration of cloud services, web quests and simulations contributed to the growth of digital and research competence by 2–3 times. The results of the study can be used to modernize educational programs of pedagogical universities, develop modules on digital STEM and AR/VR technologies, improve the skills of chemistry teachers, create electronic educational resources and virtual laboratories.