«Лаборатория знаний»
+7 (495) 181-53-44
ул. Краснопролетарская, д. 16, стр. 1
Подписка на рассылку

Федорова Ю.В. О применении цифровых лаборатории «АРХИМЕД» в школе

Внимание!!! Март 2016 года. Вышел первый номер газеты в формате .PDF

В данном разделе представлены электронные статьи -  приложения к номерам газеты 



Федорова Ю.В. О применении цифровых лаборатории «АРХИМЕД» в школе

Федорова Ю.В. О применении цифровых лаборатории «АРХИМЕД» в школе

Юлия Владимировна Федорова
к.п.н., заместитель директора ЦИТУО по учебно-научной работе.
Зав. каф. Информационных технологий и образовательной среды МИОО

В школах Москвы, Санкт-Петербурга и некоторых регионах России уже более семи лет эффективно применяются Цифровые лаборатории - оборудование и программное обеспечение для проведения демонстрационного и лабораторного эксперимента на занятиях естественнонаучного цикла. За эти годы Цифровые лаборатории в школах стали привычными и необходимыми. Это комплекты оборудования и программного обеспечения для сбора и анализа данных естественнонаучных экспериментов. Широкий спектр цифровых датчиков используют учителя и ученики на уроках физики, химии и биологии.

Цифровые лаборатории базируются на NOVA5000 или USB-link – это качественный скачок в становлении современной естественнонаучной лаборатории. Встроенный измерительный интерфейс служит для подключения до 4 цифровых датчиков. В естественнонаучной лаборатории это существенно расширяет спектр видов индивидуальной и групповой деятельности учеников. Все программное обеспечение на русском языке. Методические материалы разработаны российскими методистами и учителями в соответствии с Федеральным компонентом государственного образовательного Стандарта по физике, химии и биологии. Также осуществляется методическая поддержка учителей, имеющих цифровые лаборатории: курсы повышения квалификации и индивидуальное консультирование.

При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет наглядность учебного материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, и повышает интерес к предмету. К сожалению, раньше оборудование для лабораторных работ по  биологии и химии, как правило, ограничивалось микроскопами и набором готовых препаратов или реактивов. Поэтому большинство работ носило лишь описательный характер. Наличие кино- и видеоматериалов по изучаемым темам также не решало проблемы, поскольку не давало возможности детям принимать участие в работе. Цифровые лаборатории являются новым, современным оборудованием для проведения самых различных школьных исследований естественнонаучного направления. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Применение лабораторий значительно повышает наглядность как в ходе самой работы, так и при обработке результатов благодаря новым измерительным приборам, входящим в комплект лаборатории как биологии-химии, (датчики освещенности, влажности, дыхания, концентрации кислорода, частоты сердечных сокращений, температуры, кислотности и пр.), так и лаборатории физики (датчики силы, расстояния, давления, температуры, тока, напряжения, освещенности, звука, магнитного поля и пр.). Оборудование цифровой лаборатории универсально, может быть включено в разнообразные экспериментальные установки, проводить измерения в «полевых условиях», экономить время учеников и учителя, побуждает учеников к творчеству, давая возможность легко менять параметры измерений. Кроме того, программа для видеоанализа позволяет получать данные из видеофрагментов, что позволяет использовать в качестве примеров и количественно исследовать реальные жизненные ситуации, отснятые на видео самими учащимися и фрагменты учебных и популярных видеофильмов.

По отзывам учителей, использование Цифровых лабораторий способствует значительному поднятию интереса к предмету и позволяет учащимся работать самим, при этом получая не только знания в области естественных наук, но и опыт работы с интересной и современной техникой, компьютерными программами, опыт взаимодействия исследователей, опыт информационного поиска и презентации результатов исследования. Учащиеся получают возможность заниматься исследовательской деятельностью, не ограниченной темой конкретного урока, и самим анализировать полученные данные. Так, например, при изучении кислотности различных веществ учащиеся самостоятельно делают вывод, что многие популярные напитки вредны для пищеварительной системы, а при использовании некоторых моющих средств и, тем более, химических реактивов необходимо пользоваться перчатками.

Применяя цифровые лаборатории на уроках физики, учащиеся смогут выполнить множество лабораторных работ и работ физического практикума

  • по программе основной школы
    • в разделе «Механика» можно выполнить работы:
      • «Исследование зависимости силы тяжести от массы тела»,
      • «Исследование силы трения»,
      • «Исследование зависимости удлинения пружины от силы ее растяжения»
        и другие.
    • в разделе «Молекулярная физика и термодинамика» -
      • «Измерение температуры вещества»,
      • «Изучение явлений теплообмена»,
      • «Измерение удельной теплоемкости вещества»,
      • «Измерение влажности воздуха»,
      • «Измерение удельной теплоты плавления льда»
        и другие.
    • в разделе «Электродинамика» -
      • «Сборка электрической цепи и измерение силы тока на ее различных участках»,
      • «Измерение напряжения на различных участках электрической цепи»,
      • «Исследование зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его концах»,
      • «Измерение работы и мощности электрического тока»,
      • «Исследование магнитного поля тока»,
      • «Изучение явления электромагнитной индукции»
        и другие.
  • по программе полной (средней школы)
    • в разделе «Механика» – стандартные лабораторные работы
      • «Измерение ускорения свободного падения»,
      • «Проверка закона сохранения энергии при действии сил тяжести и упругости», а также новые работы –
      • «Изучение упругих свойств тела»,
      • «Изучение движения тел на машине Атвуда»,
      • «Изучение свойств винтовой пружины»,
      • «Проверка второго закона Ньютона в терминах импульсов»,
      • «Изучение движения связанных тел»
        и другие.
    • В разделе «Молекулярная физика и термодинамика» выполняются лабораторные работы:
      • «Исследование изотермического и изохорного процессов»,
      • «Измерение удельной теплоемкости вещества», а также
      • «Изучение процессов нагревания и кипения воды»,
      • «Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры»,
      • «Измерение термического коэффициента давления воздуха»,
      • «Проверка уравнения состояния газа»,
      • «Оценка средней скорости теплового движения молекул воздуха»,
      • «Изучение работы холодильника и определение его характеристик»
        и другие.
    • в разделе «Электродинамика»
      • Исследование смешанного соединения проводников»,
      • «Изучение закона Ома для полной цепи» и
      • «Изучение явления электромагнитной индукции», а также
      • «Определение заряда одновалентного иона»,
      • «Определение электроемкости конденсатора методом  зарядки и разрядки»,
      • «Измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра»,
      • «Изучение зависимости сопротивления металлического проводника от температуры»,
      • «Исследование зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров»,
      • «Снятие ВАХ проволочного сопротивления, лампы накаливания и диода»,
      • «Измерение КПД нагревателя»,
      • «Изучение электрических процессов в лампе дневного света»,
      • «Снятие температурной характеристики термистора»,
      • «Наблюдение явления самоиндукции»,
      • «Измерение рабочих параметров электромагнитного реле»,
      • «Определение числа витков в обмотках трансформатора»
        и другие.

Применяя цифровые лаборатории на уроках биологии, учащиеся смогут выполнить множество лабораторных работ

  • по программе основной школы
      • Реакция ССС на дозированную нагрузку
      • Действие ферментов на субстрат на примере каталазы…
      • Изучение кровообращения
      • Дыхательные  функциональные пробы
      • Зависимость между нагрузкой и уровнем энергетического обмена
  • по программе полной (средней школы)
      • Каталитическая активность ферментов в живых тканях
      • Приспособленность организмов к среде обитания

и экспериментальных заданий разной длительности, в том числе внеурочных исследований

    • В разделе «Биология растений»
      • Поглощение воды корнями растений. Корневое давление
      • Дыхание корней
      • Поглощение листьями на свету СО2 и выделениеО2
      • Дыхание листьев
      • Испарение воды растениями
      • Дыхание семян
      • Условия прорастания семян
      • Теплолюбивые и холодостойкие растения
    • В разделе «Зоология»
      • Водные животные
      • Теплокровные и холоднокровные животные
    • В разделе «Человек и его здоровье»
      • Затруднение кровообращения при перетяжке пальца
      • Реакция ССС на физическую нагрузку
      • Газообмен в легких
      • Механизм легочного дыхания. Модель Дондерса
      • Жизненная емкость легких. Реакция ДС на физическую нагрузку
      • Выделительная, дыхательная и терморегуляторная функция кожи
    • В разделе «Общая биология» 
      • Действие ферментов на субстрат на примере каталазы. Разложение Н2О2
      • Влияние рН среды на активность ферментов
      • Факторы, влияющие на скорость процесса фотосинтеза

Применяя цифровые лаборатории на уроках химии, учащиеся смогут выполнить множество лабораторных работ, а также внеурочных исследований, например,

      • Изучение процесса электролиза (датчики тока и напряжения).
      • Изучение кислотности различных проб водопроводной и бутилированной питьевой и минеральной воды (датчик кислотности).
      • Проверка газовых законов.
      • Исследование экзотермических (взаимодействие хлорида меди с алюминием) и эндотермических (взаимодействие пищевой соды с лимонной кислотой) реакций.
      • Изучение химического катализа (разложение Н2О2 в присутствии MnO2).
      • Исследование теплового эффекта горения топлива.

и многие другие

При использовании ЦЛ в демонстрационном эксперименте, опыты становятся настолько эффектны и наглядны, что учащиеся не только быстро понимают и запоминают тему, но и находят множество бытовых примеров, подтверждающих полученные выводы, легко отвечают на вопросы. Например, в результате опыта с перетяжкой пальца учащиеся сразу понимают, почему мерзнут ноги в тесной обуви, что туго затягиваться ремнем вредно, и почему кровоостанавливающий жгут зимой нельзя накладывать на то же время, что и летом. В результате опыта с теплокровными и холоднокровными животными, учащиеся не только понимают, что мышь потребляет больше кислорода, чем лягушка, но и делают из этого различные заключения: почему теплокровные животные могут жить в местах с холодным климатом, а холоднокровные – нет, почему холоднокровные животные могут очень долго обходиться без пищи и т.д.
На уроках физики могут быть поставлены следующие демонстрационные эксперименты:

  • по программе основной школы
    • в разделе «Механика» можно выполнить работы:
      • «Равномерное движение»,
      • «Относительность движения»
      • Запись колебательного движения
      • Свободные колебания груза на нити и груза на пружине
      • Силы трения покоя, силы трения скольжения
      • Переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно
      • Изменение энергии тела при совершении работы
        и другие.
    • в разделе «Молекулярная физика и термодинамика» -
      • «Сцепление свинцовых цилиндров»,
      • «Сравнение теплоемкостей тел одинаковой массы
      • Охлаждение жидкостей при испарении
      • Изменение внутренней энергии тела при совершении работы и при теплопередаче
      • Постоянство температуры кипения жидкости
      • Плавление и отвердевание кристаллических тел

и другие.

    • в разделе «Электродинамика» -
      • «Зависимость силы тока от напряжения на участке цепи и от сопротивления этого участка»
      • «Измерение сопротивлений»
      • «Нагревание проводника током»
      • «Электромагнитная индукция»
      • «Действие магнитного поля на ток»
        и другие.
  • по программе полной (средней школы)
    • в разделе «Механика» – стандартные лабораторные работы
      • «Зависимость характера движения от выбранной системы отсчета»,
      • «Вес тела при ускоренном подъеме и падении»
      • «Движение тела, брошенного горизонтально»
      • «Зависимость ускорения тела от массы и силы, действующей на тело»
      • «Сохранение импульса»
      • «Сохранение энергии»
      • «Зависимость колебаний маятника от времени»
      • «Распространение звука в воздушной среде»
        и другие.
    • В разделе «Молекулярная физика и термодинамика» выполняются лабораторные работы:
      • «Изменение внутренней энергии тел при совершении работы и при теплопередаче»,
      • «Постоянство температуры кипения жидкостей»,
      • «Кипение воды при пониженном давлении»
      • «Плавление и отвердевание кристаллических тел»
      • «Газовые законы»
        и другие.
    • в разделе «Электродинамика»
      • «Действие магнитного поля на проводник с током»,
      •  «Магнитное поле прямого тока, проводника с током»
      • «Электромагнитная индукция»
      • «Интерференция света»
      • «Дифракция света»
      • «Поляризация света»

На уроках биологии могут быть поставлены многочисленные демонстрационные эксперименты, в том числе:

      • Газообмен в легких. Дыхательные пробы
      • Изменение кровообращения при перетяжке
      • Теплокровные и холоднокровные животные
      • Изменение давления в водной среде
      • Функция венозных клапанов
      • Выделительная и терморегуляторная функция кожи
      • Реакция сердечно-сосудистой системы на дозированную нагрузку

Также на уроках химии может быть поставлен широкий спектр демонстрационных экспериментов.
Особо хотелось бы отметить уникальные возможности ЦЛ в изучении экологии. Во всех современных учебных программах все большее внимание уделяется проблемам охраны окружающей среды. А для полноценного изучения этой области крайне необходимы практические занятия и экскурсии. Наличие датчиков кислорода, рН и освещенности (в комплексе с датчиками давления, температуры и влажности) делают ЦЛ «Архимед» незаменимой при проведении экологических исследований в 10 – 11 классах. Важнейшее значение при этом имеет то, что ЦЛ «Архимед» проста в обращении, компактна и относительно автономна. В ходе последних лет ЦЛ «Архимед» неоднократно использовались учащимися московских школ при проведении экологических исследований, как на территории города, так и в других регионах России.
Во внеурочное время можно провести следующие экологические исследования:

      • Измерение освещенности в помещениях школы
      • Измерение кислотности различных напитков
      • Измерение физических параметров воздуха в помещениях школы
      • Влияние проветривания на микроклимат класса
      • Влияние кислотности почвы на видовой состав растений.
      • Абиотические факторы среды
      • Экология урбанизированных территорий
      • Определение концентрации кислорода в цветущей воде.
      • Содержание кислорода в воздухе различных помещений города

Также следует отметить многофункциональность компьютеров Цифровых лабораторий. Благодаря, широким возможностям коммуникаций, выстраивается современная лаборатория с полноценной сетью, выходом в Интернет и пр. Можно организовывать разноуровневую работу на уроках, индивидуализировать образовательный процесс, повысить эффективность контроля и самоконтроля.

Таким образом, цифровые лаборатории позволят даже в малочисленных школах поставить естественнонаучное образование на современном техническом и педагогическом уровне.


Презентации автора:

  • Цифровая коллекция лабораторных работ по физике
  • Конкурс естественнонаучных проектов 2004-2009
Сайт

Лаборатория дистанционного повышения квалификации педагогов

Возврат к списку