Использование цифровой лаборатории для организации учебной деятельности учащихся начальной школы в условиях реализации ФГОС

Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение

«Никольская средняя общеобразовательная школа»

Костромского района Костромской области

Курышева Елена Витальевна

учитель начальных классов

МКОУ Никольская СОШ

Что такое модульная система экспериментов?

Модульная система экспериментов (цифровая лаборатория) – это аппаратно-программный комплекс, позволяющий проводить учебные эксперименты по предметам естественнонаучного цикла. Лаборатория обеспечивает автоматизированный сбор и обработку данных, позволяет отображать ход эксперимента в виде графиков, таблиц, показаний приборов. Полученные данные могут быть использованы на занятиях для изучения различных тем школьного курса.

Как работает цифровая лаборатория?

Цифровые лаборатории состоят из трёх основных компонентов:

• набор цифровых датчиков

• специализированный портативный компьютер

• специализированное программное обеспечение

Цифровые датчики (модули) используются при проведении различных экспериментов, опытов, проектных исследований. С их помощью компьютер получает различную информацию из окружающей среды. Назовём некоторые из датчиков:

• датчик температуры

• датчик освещённости

• датчик относительной влажности

• датчик расстояния (нет)

• датчик звука

• датчик атмосферного давления

• датчик частоты сердечных сокращений (нет)

Здесь следует сказать, что число датчиков и их разнообразие зависит от того, какие задачи ставятся перед цифровой лабораторией. Все не вошедшие в первоначальный комплект можно докупить отдельно.

Специализированный портативный компьютер регистрирует данные, полученные с датчиков. Он состоит из графического дисплея, кнопок управления, разъёмов для подключения датчиков. На компьютере установлена специальная программная среда, благодаря которой собранная информация может быть представлена в различных формах, обработана и сохранена для её дальнейшего использования.

В состав некоторых лабораторий свой портативный компьютер не входит. Вместо него можно использовать любой другой компьютер с установленным на него специальным программным обеспечением, идущим в комплекте поставки. Такие лаборатории оснащены специальным небольшим регистратором, способным самостоятельно сохранять результаты нескольких наблюдений. Во время опыта датчики подключены к регистратору. После проведения опыта данные с регистратора переносятся в компьютер, где происходит последующая работа с ними. Это даёт возможность проводить опыты на природе и прекрасно решает проблему, когда в кабинете на несколько цифровых лабораторий приходится лишь один компьютер.

Цифровые лаборатории позволяют проводить некоторые эксперименты в течение нескольких дней. Существует также возможность подключения к одному компьютеру сразу нескольких датчиков.

Помимо вышеназванных компонентов в состав цифровой лаборатории входит кейс для её переноски и справочно-методические материалы.

Почему цифровые лаборатории нашли своё применение в образовании?

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 естественнонаучным предметам, 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. 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.

В августе 2012 года для учителей начальной школы институтом развития образования были организованы курсы повышения квалификации по теме: «Способы использования цифрового интерактивного оборудования при решении проектно-исследовательских задач в условиях реализации ФГОС в начальной школе». Проблема, с которой столкнулись учителя начальных классов, заключалась в подборе экспериментов, которые они смогут провести. Поэтому сегодня будут рассмотрены некоторые проекты, которые выполняли ученики начальной школы.

Цифровая лаборатория позволяет проводить измерения влажности, температуры, уровня освещенности, шума и другие. Она может быть использована при работе над различными исследовательскими проектами, а если необходимы точные, многократные, повторяющиеся измерения, то цифровая лаборатория становится просто незаменимым инструментом, который обеспечивает автоматизированный сбор и обработку данных, позволяет отображать ход эксперимента в виде графиков и таблиц. Проведенные эксперименты могут сохраняться в реальном масштабе времени и воспроизводиться синхронно с их видеозаписью. Лаборатория позволяет проводить лабораторные работы и учебные исследования как в классе, так и в походных условиях.

По сравнению с традиционными лабораторными приборами цифровая лаборатория позволяет существенно сократить время на организацию и проведение работ, повышает точность и наглядность экспериментов, предоставляет практически большие возможности по обработке и анализу полученных данных.

При работе над каждым проектом ученики выдвигали гипотезу, ставили перед собой цели и задачи, проводили измерения, делали выводы, подтверждали или опровергали выдвинутую гипотезу, искали пути решения обнаруженной проблемы.

Рассмотрим некоторые проекты.

При выполнении проекта «Исследование влияния комнатных растений на микроклимат в школьных помещениях» учащиеся проверяли гипотезу – комнатные растения по-разному выделяют кислород и воду в замкнутой системе. Школьники исследовали 4 наиболее типичных комнатных растения – хлорофитум, фиалку, молочай и алоэ. У этих растений различный тип поверхности листьев, поэтому мы предположили, что вести они себя будут в замкнутой системе по-разному.

Все опыты проводили в одинаковых условиях – на одинаковом расстоянии от окна, но освещение и температура менялись, т.к. менялась длительность дня и времена года. Опыты проводили с сентября 2011 года по февраль 2012 года. В ходе эксперимента школьники изучили на практике процесс фотосинтеза и дыхания растений и сделали выводы.

Проект «Исследование зависимости уровня выделяемого кислорода и воды от внешних условий для хлорофитума» позволил выяснить, какие условия необходимы для максимального выделения хлорофитумом влаги и кислорода.

Оказалось, что если в комнате влажно, то лучше хлорофитум поставить на солнечное место, тогда он начнет активно поглощать влагу из воздуха, выделять кислород и наращивать зеленую массу, и наоборот в сухое время года в тени хлорофитум начнет увлажнять воздух и уменьшит количество выделяемого кислорода. Школьниками были составлены рекомендации по уходу за хлорофитумом, как самым полезным для школьных помещений растением.

Таким образом, эксперименты для учащихся начальных классов не должны быть слишком сложными, но в них обязательно должны проверяться научные факты и закономерности. Дети должны научиться делать выводы из опытов и анализировать полученные на практике результаты, а не получать только готовые знания из учебника и от учителя. И цифровая лаборатория в этом обучении станет незаменимым инструментом для учителя и ученика.

Самые важные педагогические задачи, которые решаются при выполнении учебного эксперимента с подобным оборудованием это:

• повышение мотивации к обучению;

• максимальное использование наглядности в эксперименте;

• обучение учащихся новейшим средствам реализации учебного эксперимента;

• работа учащихся на стыке нескольких учебных дисциплин

И в заключение предлагаем еще несколько тем проектов, которые могут быть выполнены учащимися начальной школы с использованием цифровой лаборатории:

исследование помещений школы на соответствие нормам СанПина;

исследование влияния комнатных растений на микроклимат в школьных помещениях;

исследование зависимости уровня выделяемого кислорода и воды от внешних условий для хлорофитума;

измерение температуры таяния снега;

измерение температуры 2 датчиками одновременно на открытом воздухе на улице в холодное время года и в варежке ребенка;

измерение температуры 2 датчиками одновременно в мороженом на столе открытой и в мороженом в закрытой емкости;

измерение температуры воздуха на различных расстояниях и высотах от горячей батареи;

измерение температуры снега на различной глубине;

измерение температуры воды при нагревании и кипении воды в различных слоях жидкости;

измерение и сравнение температур кипения различных жидкостей – вода, молоко, соленая вода, масло и другие;

измерение температуры плавления различных аморфных тел – парафин, пластилин, воск и др.

Темы курса «Окружающий мир» на которых можно использовать ЦЛ:

ПЛАНЕТА ЗНАНИЙ 2 класс Как люди познают мир Наблюдения, опыты, измерения, фиксация результатов. Общее представление о приборах и инструментах. Измерение температуры воздуха и воды с помощью термометра, определение времени по часам.

3 класс Человек Окружающая среда и здоровье человека.

ШКОЛА РОССИИ 3 класс Человек Окружающая среда и здоровье человека

ШКОЛА 2100 3 класс Человек Окружающая среда и здоровье человека

ИОРЛ (Москва) 4класс Человек Окружающая среда и здоровье человека

Эксперимент 1

Тѐплые ли у нас ладони?

Вы, наверное, обращали внимание на то, что у одних людей ладони более тѐплые, а у других — более холодные. От чего это зависит? Каким образом можно повысить или понизить температуру наших ладоней? Чтобы ответить на все эти вопросы, предлагаем вам провести ряд измерений с помощью температурного датчика.

ЗАДАЧИ

Проделав этот опыт, вы:

• научитесь пользоваться датчиком для измерения температуры и программным обеспечением

• определите, как изменяется температура ваших ладоней в разных условиях

МАТЕРИАЛЫ и ОБОРУДОВАНИЕ

• Компьютер с установленным программным обеспечением

• датчик температуры

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

Часть I. Измеряем температуру наших ладоней

1. Впишите имена участников эксперимента в таблицу 1.

Таблица 1 Температура ладоней

1. Проверьте подключение датчика температуры к компьютеру.

2. Запустите программу на компьютере.

3. Запишите исходную температуру ладоней участников эксперимента в столбец.

4. Откройте файл с данным заданием следующим образом: а) нажмите кнопку Открыть ; б) откройте папку под названием Изучаем температуру; в) откройте файл Эксп. 01 Тѐплые ли у нас ладони?

5. На мониторе вы увидите термометр и счѐтчик, показывающие текущую температуру, график, таблицу данных.

6. Передайте прибор для измерения температуры первому члену группы. При этом держите прибор за пластиковую часть, чтобы температура датчика не изменилась под воздействием вашей руки. Каждый участник эксперимента должен быть готов взять в руку датчик прибора, как только начнѐтся сбор данных..

7. Когда все участники будут готовы, начните сбор данных, нажав кнопку Сбор данных .

1. Первый испытуемый должен взяться за щуп датчика. Наблюдайте за показаниями температуры на мониторе компьютера.

2. Прибор необходимо удерживать в руке на протяжении 60 секунд, в течение которых датчик покажет правильное значение температуры ладони испытуемого.

3. Насколько тѐплой была ваша ладонь? На этот вопрос можно ответить, изучив график. Для того чтобы получить более точные данные, проделайте следующее:

а) нажмите кнопку Просмотр — на мониторе появится окно просмотра; передвигая курсор по графику, вы увидите отображающиеся в таблице значения температуры и времени;

б) ведите курсор по графику до тех пор, пока не найдѐте наивысшую температуру;

в) внесите этот показатель в таблицу 1;

г) закройте окно просмотра, щѐлкнув кнопкой мыши на его верхний левый угол.

1. Сохраните данные этого эксперимента, нажав кнопку Сохранить .

Повторите шаги 6—11 для каждого участника эксперимента. Убедитесь, что прибор остыл до комнатной температуры перед каждым новым измерением.

Часть II. Изменяем температуру ладоней

Подумайте, как можно изменить температуру ладоней. Изменится ли температура, если вы потрѐте ладони друг о друга? А если вы на 5 секунд приложите ладони к прохладному оконному стеклу? А если подержите руки возле обогревателя? Пусть каждый участник эксперимента попробует изменить температуру ладоней, используя разные способы.

13. Выберите способ, с помощью которого вы постараетесь изменить температуру своих ладоней.

14. Запишите своѐ предположение (гипотезу) о том, что при этом про-изойдѐт. Грамотно сформулировать гипотезу вам поможет следующий пример. Допустим, вы хотите знать, как остудить горячий суп. Ваше предположение будет следующим: «Думаю, что если я выставлю тарелку с супом на балкон на 5 минут, то его температура сильно понизится».

Гипотеза: если я _________________________________________ _____________________, а затем измерю температуру своей ладони, я думаю, что температура _____________________________________.

15. Запишите в таблицу 2 имена участников эксперимента и действие, которое каждый из них собирается выполнить.

Таблица 2 Различные способы изменения температуры ладоней

16. Запишите исходную температуру ладоней участников эксперимента в столбец Начальная температура. Эти данные можно взять из таблицы 1.

17. Удалите данные, полученные в части I эксперимента, выбрав команду Очистить все данные из меню Данные.

18. Первый участник эксперимента должен:

а) выполнить действие, с помощью которого вы запланировали изменить температуру рук;

б) взяться за щуп датчика Go!Temp и нажать кнопку Сбор данных;

в) после завершения сбора данных нажать кнопку Просмотр ;

г) если вашей целью было охладить руку, используйте курсор, чтобы найти самую низкую температуру; если вы хотели нагреть руку, используйте курсор, чтобы найти наивысшую температуру; внесите эти показатели в колонку Конечная температура таблицы 2.

19. Сохраните полученные данные с помощью кнопки Сохранить .

20. Каждый член группы должен повторить шаги 6 и 7.

АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ ДАННЫХ

1. Найдите разницу между начальной и конечной температурой, чтобы выяснить, насколько она повысилась или понизилась. Запишите ответ в таблицу 2. Если температура повысилась, поставьте перед числом знак «+» (плюс), а если понизилась, поставьте знак «–» (минус).

3. Удалось ли вам изменить температуру ладони? __________________

4. Оказалось ли ваше предположение (гипотеза) верным? ____________ Почему да?/Почему нет? ____________________________________________ __________________________________________________________________

5. Какое действие вызвало наибольшее изменение температуры? __________________________________________________________________

6. Если бы у вас была возможность провести этот опыт ещѐ раз, какое действие вы бы выбрали для того, чтобы вызвать наибольшее изменение температуры? ______________________________________________________

7. Почему датчик необходимо было держать в руке 60 секунд, а не 10 или 20 секунд? _____________________________________________________

Молодец, работа выполнена отлично!

Источники

http://global-school.ru/articles/view/267/

http://webconf.irro.ru/inc/shablon_uch.php

http://nsportal.ru/shkola/fizika/library/ispolzovanie-vozmozhnostey-cifrovoy-laboratorii-arhimed-na-urokah-i-vo

http://www.ros-group.ru/content/data/store/images/f_3859_27466_1.pdf