|
Использование цифровой лаборатории в исследовательской деятельности учащихся по биологии и экологии
Антипов Сергей Анатольевич,
Воронежский государственный технический университет
E-mail:
Шинкарева Татьяна Эдиевна,
МОУ лицей «Многоуровневый образовательный комплекс№2» г. Воронежа. E-mail:
Вовлечение учащихся в научно-познавательную деятельность исследовательского и творческого характера по биологии и экологии возможно при правильном оснащении, организации исследовательской деятельности учащихся и активной роли учителя. Поэтому очень важно внедрение в учебный процесс современных информационных технологий, например цифровых лабораторий, как нового поколения школьных естественнонаучных лабораторий.
Цифровые лаборатории позволяют существенно сократить время на организацию и проведение работ, повышают точность и наглядность экспериментов, предоставляют практически неограниченные возможности по обработке и анализу полученных данных. Они мобильны и предназначены для проведения лабораторных и практических работ, как в помещении, так и в походных условиях.[3]
В комплекте цифровой лаборатории Архимед 4.0 (Институт новых технологий, г. Москва): набор цифровых датчиков фирмыFourier Systems (США, Израиль), регистратор данных USBLink, справочное пособие.
В состав стандартной лаборатории включены датчики: освещенности, влажности, дыхания (пневмотахометр), кислорода, сердечного ритма, температуры, рН-метр, напряжения, тока, давления газов, силы, индукции магнитного поля, расстояния от места установки датчика до объекта,микрофоны и др.
USBLink - принципиально новый регистратор данных. Это простое в использовании многофункциональное устройство с 4 портами, к которым можно подключать до 8 датчиков одновременно и USB портом для подключения к компьютеру. Подсоединив USBLink к своему компьютеру, можно получить полноценную цифровую естественнонаучную лабораторию.
Программное обеспечение MultiLab 1.4.20 (www.fourier-sys.com) – идеальный инструмент для практического обучения, включающий следующее:
1.Отображение данных в виде графиков, таблиц или показаний шкалы прибора. 2. Получение данных от устройства USBLink в режиме реального времени (онлайн). 3. Журналы экспериментов, включающее в себя одновременно инструкции по проведению эксперимента, его настройки и отчет. 4. Мультимедийные возможности, позволяющие сопровождать полученные данные синхронизированными видео- и аудиоматериалами. 5. Полная совместимость с такими программными приложениями, как WORD и EXCEL. 6. Видеоанализатор движения, который способен преобразовывать видеозапись любого движения в набор данных.
Экран MultiLab состоит из четырех окон: окно графиков, окно таблиц, окно видео и навигационное окно, называемое Картой данных. Можно открывать все окна одновременно или только некоторые из них. Наиболее часто используемые инструментальные средства и команды показаны на трех панелях инструментов. Инструменты, которые действуют во всех режимах работы программы, и инструменты управления регистратором размещены на основной (верхней) панели. Инструменты для работы с графиками находятся на панели графиков, инструменты таблицы – на панели таблицы[3].
Цифровая лаборатория предоставляет возможность организовать исследовательскую деятельность в профильных естественнонаучных классах на уроках, факультативах и спецкурсах по экологии и биологии. Например, в рамках факультативного курса «Экология города» (10 класс) проводятся работы: «Исследование влияния растительности на микроклимат города», «Исследование влияния теплового загрязнения на абиотические факторы водной среды», «Измерение и оценка параметров микроклимата рабочего помещения».
На спецкурсе «Экология растений» (10 класс) и в курсе «Общей биологии» (10 класс) предлагается провести не только традиционный эксперимент по изучению фотосинтеза, который получил в биологии название опыта Сакса, но и продолжить его с применением цифровых датчиков при исследовании влияния освещенности на скорость фотосинтеза.
Последовательность действий по выполнению эксперимента с использованием цифровой лаборатории в наибольшей степени для учителя представляется в следующем виде.
I. Подготовительный этап:
актуализация имеющихся знаний о предмете исследования;
формулировка цели и задач исследования; выдвижение гипотез о процессе, средствах и результатах деятельности; разработка метода решения задачи на основе имеющихся знаний (создание схемы экспериментальной установки, выбор приборов и материалов, порядок подготовки эксперимента, порядок проведения эксперимента; методика анализа полученных данных).
II. Этап выполнения действий по созданию экспериментальной установки и получению первичных данных:
сборка и наладка экспериментальной установки; проведение наблюдений и измерений; фиксирование полученных данных
III. Этап обработки и интерпретации результатов измерений и наблюдений: расшифровка, преобразование, математическая обработка, обобщение, интерпретация полученных данных, формулировка выводов; при необходимости – осуществление дополнительных серий измерений; изложение результатов работы[1].
В качестве примера предлагаем описание указаний для учащихся экспериментальной части проектно-исследовательской работы «Измерение и оценка параметров микроклимата температуры и влажности школьного кабинета», которая включена в спецкурс «Экология» (9 класс химико-биологического профиля)
Цель: исследовать изменения температуры, влажности в рабочем помещении до начала урока и после урока и выявить влияние естественной вентиляции на климат внутри помещения.
Задачи: 1) измерить температуру и влажность в рабочем помещении в течение урока(40 минут) при закрытых окнах и дверях
2) измерить температуру и влажность в рабочем помещении при открытых окнах и дверях в течение перемены (10 минут)
Схема экспериментальной установки
Штатив в виде треноги, установленный в центре исследуемого помещения с укрепленными на нем датчиками, которые подключены к регистратору данных USB Link
Приборы и материалы: ноутбук, регистратор данных USBLink, датчики температуры, влажности, штатив, соединительные провода для датчиков
Подготовка эксперимента
1. Выберите кабинет для исследования. 2. Установите штатив в центре помещения. 3. Разместите на штативе датчики на высоте 1-1,5 метров.
4. Закрепите ноутбук и подключенный к нему регистратор данных USBLink на штативе или рядом с ним.5. Запустите программу MultiLab.6. Подсоедините датчик влажности к Входу 1(I/0-1) регистратора данных USBLink. 7. Подсоедините датчик температуры к
Входу 2(I/0-2) регистратора данных USBLink.
8.Нажмите кнопку Настройка регистратора на основной панели инструментов программы MultiLab[2]. Запрограммируйте регистратор:
|
Частота:
|
Каждую секунду
|
|
Замеры:
|
100
|
Проведение эксперимента
1. При закрытых окнах и дверях в кабинете с учащимися начинайте измерения, нажав кнопку Пуск на основной панели инструментов программы MultiLab.
2. Через 40 минут откройте окна и двери, выпустите учащихся из кабинета.
3. Подождите 10 минут и нажмите кнопку Стоп.
4. Сохраните свои данные, нажав кнопку Сохранить.
Анализ результатов эксперимента
С помощью курсора исследуйте кривые климатических параметров и ответьте на следующие вопросы: В какой момент кривые графиков температуры и влажности стабилизируются? Какие изменения наблюдаются на каждой кривой?
Вопросы: Как влияет наличие людей в помещении на интенсивность изменения температуры и влажности? Достаточно ли времени для проветривания, чтобы температура понизилась?
В заключение отметим, что цифровые лаборатории - это совершенно новый подход к организации экспериментальной деятельности в биологии и экологии. Это возможность не только выполнять сложные эксперименты, но и создавать высокоинформативные мультимедийные презентации, что значительно повышает качество образования.
Список литературы
1. Старовиков М.И. Введение в экспериментальную физику: Учебное пособие. – СПб.:Издательство «Лань», 2008.-240 с.: ил. – (Учебник для вузов. Специальная литература).
2.Цифровая лаборатория Архимед 4.0.Лабораторные работы по биологии. Перевод и издание на русском языке ИНТ (Институт новых технологий) Москва 2009. Поддержка пользователей в разделе «Цифровые лаборатории» http://www.int-edu.ru/ в разделе «Цифровые лаборатории Каталог/цифровые лаборатории»
3. Цифровая лаборатория Архимед 4.0. Справочное пособие. Перевод и издание на русском языке ИНТ (Институт новых технологий) Москва 2009. Поддержка пользователей в разделе «Цифровые лаборатории» http://www.int-edu.ru/ в разделе «Цифровые лаборатории Каталог/цифровые лаборатории»
|
