Использование цифровых лабораторий в образовательном процессе современной школы
Обновлено: 30.06.2024
Подача информации на уроках по предметным дисциплинам, в рамках которых рассматриваются абстрактные явления и процессы, достаточно сложная. Школьникам бывает трудно представить, понять суть изучаемого объекта, осознать его свойства и характеристики, необходимо подключать фантазию, абстрактное и логическое мышление. Визуализировать и смоделировать изучаемые явления и процессы поможет использование различных форм учебной деятельности: практические и лабораторные работы, исследования.
Зачем нужна цифровая лаборатория для учителя и ученика?
Цифровая лаборатория по физике для ученика и преподавателя полностью оптимизирует стандартный образовательный процесс. Теперь учитель может не тратить время урока на настройку и проверку точности измерительных приборов, датчиков и индикаторов. Цифровое лабораторное оборудование имеет эталонные и высокоточные настройки, поэтому нет необходимости дополнительного контроля.
Где используется лабораторно-технологическое оборудование?
Эффективное проведение лабораторных, исследовательских и практических работ возможно только при условии применения высокоточного, современного и многофункционального оборудования.
В эту категорию включены различные виды лабораторно-технологического оборудования:
- Лабораторное оборудование;
- Приборы;
- Датчики;
- Наборы для эксперимента;
- Инструменты.
Комплекты для лабораторного практикума
Комплект для лабораторного практикума по оптике
Комплект для лабораторного практикума по механике
Производители предлагают полный набор оборудования, измерительных приборов и аксессуаров, подходящих для выполнения фронтальных лабораторных работ и физического практикума по механике. Комплект отлично познакомит школьников с методами простых измерений линейных размеров, силы, температуры, объемов, массы и времени.
Комплект для лабораторного практикума по молекулярной физике
Набор знакомит учеников с базовыми явлениями молекулярной теории строения веществ, способами измерения энергии тел, природой тепловых явлений. Использование комплекта развивает в школьниках экспериментальные умения и навыки исследования.
Комплект для лабораторного практикума по электричеству (с генератором)
Для проведения фронтальных лабораторных работ в комплекте предоставлены измерительные приборы, датчики, источник питания и расходные материалы. С помощью оборудования школьники изучают магнитное поле, электрическую цепь, принцип работы электродвигателя постоянного тока.
Комплект для изучения основ механики, пневматики и возобновляемых источников энергии
В состав набора входят научно-познавательные конструкторы для изучения физических явлений экспериментальным путем. Школьники понимают принцип появления ветра, оценивают его силу, изучают процесс превращения механической энергии в электричество.
Есть заявка? Хотите скомплектовать класс? Поберем всё оборудование и мебель, подготовим документы и поставим с отсрочкой 45 дней.
- Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Бесплатные сертификаты учителям и участникам
Учитель физики Ж. В. Клюшина,
МБОУ СОШ №37,
г. Шахты Ростовской области
Цифровая лаборатория - новое поколение
школьных естественнонаучных лабораторий
Цифровые технологии все больше входят в нашу жизнь. На современном этапе учебные занятия проходят с применением ИКТ. Школьные кабинеты оснащаются компьютерной техникой.
Характерным для настоящего времени становиться появление в образовании принципиально новых информационных средств, которые могут повлиять на цели, содержание, методы и организационные формы обучения в учебном заведении любого уровня и профиля.
В соответствии с той ролью, которую выполняет компьютер, выделяют два вида физического эксперимента: компьютерный и компьютеризированный. Для первого случая характерен эксперимент с моделями объектов, явлений и процессов, для второго - натурный эксперимент, где компьютер используется как элемент экспериментальной установки. Для проведения компьютеризированных экспериментов используют цифровые лаборатории.
Необходимая и весьма важная часть изучения естественных наук – экспериментирование.
Эксперимент является неотъемлемой частью познания природы, изучение ее законов. Такие науки как физика, химия, биология не могут изучаться только теоретически, им обязательно нужна практическая подоплека. Эксперимент позволяет учащимся самим убедиться в справедливости существующих законов природы, а также в верности выдвинутой научной гипотезы или, наоборот, в ее ошибочности.
Чтобы повысить эффективность эксперимента, необходимо использовать современные приборы, ведь именно они регистрируют данные, которые и являются основой вычислений. К таким современным приборам относятся всевозможные датчики, призванные различные виды физических величин, в том числе звук, свет, силу, давление и другие, перевести в электрические сигналы. Полученные электрические сигналы подаются через специальное устройство, называемое регистратором, на компьютер, где программным образом обрабатываются и могут быть представлены нам в самой разнообразной форме, как в виде стилизованных аналоговых или цифровых приборов, так и в виде графиков. Последние имеют большую наглядность при изучении происходящих процессов и избавляют исследователей от рутинной работы по снятию показаний и заполнения таблиц. Тем более, что в ходе измерений данные в таблицу вносятся автоматически, и экспериментаторам остается только обработать полученные результаты. Вот к таким современным средствам измерения и относятся цифровые лаборатории.
Цифровая лаборатория - новое поколение школьных естественнонаучных лабораторий предназначенных для проведения фронтальных и демонстрационных опытов, для организации учебных исследований и исследовательских практик. Использование цифровых лабораторий позволяет получить представление о смежных образовательных областях: информационные технологии; современное оборудование исследовательской лаборатории; математические функции и графики, математическая обработка экспериментальных данных, статистика, приближенные вычисления; методика проведения исследований, составление отчетов, презентация проделанной работы.
По сравнению с традиционным оборудованием, цифровые лаборатории позволяют существенно сократить время на организацию и проведение работ, повышают точность и наглядность экспериментов, предоставляют большие возможности по обработке и анализу полученных данных.
В состав цифровой лаборатории входят следующие компоненты:
регистратор данных, позволяющий записывать и анализировать экспериментальные данные;
компьютер с программным обеспечением для управления регистратором;
датчики для измерения физических величин сопряженные с компьютером.
Взаимосвязи между компонентами цифровой лаборатории
В чём состоят преимущества виртуальной лаборатории перед реальной ?
Отсутствие необходимости приобретения дорогостоящего оборудования. Из-за недостаточного финансирования во многих лабораториях установлено старое оборудование, которое может искажать результаты опытов и служить потенциальным источником опасности для обучающихся.
Возможность моделирования процессов, протекание которых принципиально невозможно в лабораторных условиях. Наглядная визуализация на экране компьютера. Современные компьютерные технологии позволят пронаблюдать процессы, трудноразличимые в реальных условиях без применения дополнительной техники, например, из-за малых размеров наблюдаемых частиц.
Возможность проникновения в тонкости процессов и наблюдения происходящего в другом масштабе времени, что актуально для процессов, протекающих за доли секунды или, напротив, длящихся в течение нескольких лет.
Безопасность. Безопасность является немаловажным плюсом использования виртуальных лабораторий в случаях, где идет работа, например, с высокими напряжениями.
В связи с тем, что управлением виртуального процесса занимается компьютер, появляется возможность быстрого проведения серии опытов с различными значениями входных параметров, что часто необходимо для определения зависимостей выходных параметров от входных.
Экономия времени и ресурсов для ввода результатов в электронный формат. Некоторые работы требуют последующей обработки достаточно больших массивов полученных цифровых данных, которые выполняются на компьютере после проведения серии экспериментов. Слабым местом в этой последовательности действий при использовании реальной лаборатории является ввод полученной информации в компьютер. В виртуальной лаборатории этот шаг отсутствует, так как данные могут заноситься в электронную таблицу результатов непосредственно при выполнении опытов экспериментатором или автоматически. Таким образом, экономится время и значительно уменьшается процент возможных ошибок.
И, наконец, отдельное и важное преимущество заключается в возможности использования виртуальной лаборатории в дистанционном обучении, когда в принципе отсутствует возможность посещения занятий в массовой школе.
Использование цифровых лабораторий способствует получению новых образовательных результатов - это формирование навыков работы на современном оборудовании исследовательской лаборатории; формирование и развитие исследовательских умений; формирование компьютерной грамотности.
Возможности цифровой лаборатории позволяют вывести работу с учениками на качественно новый уровень, подготовить учащихся к самостоятельной творческой работе в области физики, осуществить приоритет деятельностного подхода к процессу обучения, формировать у них познавательную, информационную, коммуникативную компетенции. Все это лежит в основе федеральных государственных стандартов второго поколения.
Цифровая лаборатория по физике позволяет выполнить разнообразные лабораторные работы, в том числе - посвященные изучению движения тела по наклонной плоскости; простых колебательных движений; вольтамперных характеристик проволочного сопротивления, лампы накаливания и диода; магнитных полей; скорости звука; дифракции и интерференции света.
Основу ЦЛ составляет USB Link – особый регистратор, который с помощью USB кабеля может быть присоединен к любому компьютеру. К этому регистратору может быть одновременно подключено до восьми датчиков, что, более чем достаточно для проведения даже самых сложных экспериментов. Подключив веб-камеру, можно будет не только проводить сложные эксперименты, но и создавать высокоинформативные мультимедийные презентации, которые будут содержать в себе звук, текст, видеоматериалы и экспериментальные данные.
Перечень лабораторных работ по школьному курсу
физики (с использованием ЦЛ):
Тема работы
Исследование зависимости силы тяжести от массы тела
Исследование силы трения
Исследование зависимости удлинения пружины от силы ее растяжения
Проверка закона сохранения энергии при действии сил тяжести и упругости
Измерение температуры вещества
Изучение явлений теплообмена
Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры
Измерение удельной теплоемкости вещества
Измерение влажности воздуха
Проверка уравнения состояния газа
Исследование изотермического и изохорного процессов
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
Изучение зависимости сопротивления металлического проводника от температуры
Исследование зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров
Снятие температурной характеристики термистора
Наблюдение явления самоиндукции
Перечень датчиков цифровой лаборатории по физике
Изменение емкости конденсатора под действием давления звуковой волны
Датчик индукции магнитного поля
Измерение магнитной индукции
Измерение интенсивности света
Каждый фотон выбивает электрон.
Датчики для измерения электродинамических величин
Измерение постоянного и переменного напряжения
Падение напряжения на сопротивлении более 1 Мом
Измерение постоянного и переменного тока
Падение напряжения на сопротивлении 1 Ом
Датчики для измерения термодинамических величин
Электронный генератор зависит от величины диэлектрической проницаемости конденсатора
Измерение давления газа или жидкости
Изменение сопротивления мембраны при ее деформации
Датчики для измерения механических величин
На концах бруска, который деформируется, установлены тензорные датчики
Применение цифровой лаборатории не ограничивается только уроками физики. Использование цифровой лаборатории во внеурочной деятельности (при изучении элективных курсов и на факультативных занятиях). Данные виды занятий, в отличие от урока, более свободны в отношении временных рамок и мест проведения.
Вопросы, решаемые на этих занятиях, призваны углубить и расширить материал, изучаемый в рамках урока.
План реализации проекта:
изучить возможности использования цифровой лаборатории для проведения наблюдений за изменением физиологических параметров с помощью датчика тока и датчика пульса;
создать модель полиграфа (детектора лжи);
проверить справедливость гипотезы о возможном создании полиграфа на основе датчиков цифровой лаборатории;
разработать установку для определения импульсов тока при изменении сопротивления кожи и измерения частоты пульса;
познакомиться с существующими видами полиграфов, со сферой их применения;
изучить технические особенности цифровой лаборатории;
апробировать метод измерения физиологических характеристик человека (импульсы микротоков и частоту пульса) при проверке на ложь с использованием датчиков тока и пульса.
Необходимо отметить, что у обучающихся повысился интерес к данной работе. Каждый день они (в помощники подключились желающие проверить себя на детекторе, это была контрольная группа) самостоятельно проводили исследования по данной теме. Мне приходилось только консультировать и контролировать ход работы.
В заключение хочется подчеркнуть, что применение цифровых лабораторий в учебной и исследовательской деятельности позволяет привнести в него не только индивидуализацию и дифференциацию образования, но и стать средством определения индивидуального образовательного маршрута с учетом способностей и интересов ученика, что является условием развития личности ученика и его способностей.
Список литературы
1. Сборник нормативных документов. Физика / Сост. Э.Д. Днепров, А.Г. Аркадьев. М.: Дрофа, 2007. 107 с.
3. Леонтович И.В. Об основных понятиях концепции развития исследовательской и проектной деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. 2003. № 4. С. 12–17.
6. Цифровая лаборатория по физике. Методическое пособие. М.: ИНТ, 2008. 375 с.
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.
Муниципальное казённое общеобразовательное учреждение
Костромского района Костромской области
Использование цифровой лаборатории для организации учебной деятельности учащихся начальной школы в условиях реализации ФГОС
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 относительной влажности
датчик расстояния (нет)
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?
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.
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.
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.
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.
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.
Проделав этот опыт, вы:
научитесь пользоваться датчиком для измерения температуры и программным обеспечением
Современную жизнь довольно сложно представить без использования информационных технологий. Интенсивный переход к информатизации общества обуславливает все более глубокое внедрение информационных технологий в различные области человеческой деятельности. Это вполне справедливо и для школьного образования, где без компьютера уже не обойтись. В процесс информатизации в последние годы успешно вовлекаются естественнонаучные дисциплины, в том числе физика, химия, биология, а в начальной школе – окружающий мир.
Главной целью Федеральных Государственных Стандартов является формирование высокоэффективной образовательной среды, что, в свою очередь, зависит от:
- материально-технического оснащения образовательных учреждений;
- активизации роли учителя и ученика в образовательном процессе.
Учитель из транслятора знаний становится навигатором для учащихся, ориентирующихся на усвоение универсальных учебных действий, познание и освоение мира, готовность жить в быстроменяющемся технологическом пространстве.
Проведение учебных экспериментов в современной школе настоятельно требует использования современных измерительных приборов, что нашло отражение в ФГОС. Особенно востребованными в учебном процессе оказались цифровые лаборатории, поскольку они позволяют:
- реализовать принцип наглядности в учебном процессе;
-показать необходимость практических экспериментов при изучении предметов естественнонаучного цикла и на уроках окружающего мира в начальной школе;
- обеспечить точность количественных измерений;
- повысить ИКТ-копметентность учителя и ученика;
- облегчить труд учителя [2].
Цифровые лаборатории – это инновационное учебное оборудование для проведения большого количества демонстраций, исследований, опытов и лабораторных работ.
Цели использования цифровой лаборатории:
- осуществлять новые подходы в обучении;
-способствовать формированию у учеников навыка самостоятельного поиска, обработки и анализа информации, раскрытию творческого потенциала учащихся;
- создание электронного ресурса, содержащего различные виды объектов (текстовые, анимированные модели, презентации).
Данная лаборатория является модульной цифровой лабораторией для учащихся младшей школы и дошкольников. В игровой форме совместно с Наурашей (главным героем цифровой лаборатории) дети научатся измерять температуру, разбираться в природе света и звука, узнают волшебство магнитного поля, измерят силу, узнают о пульсе, заглянут в интересный мир кислотности. Совместные занятия игры будут также увлекательны и интересны для взрослых. Абсолютно каждый гость цифровой лаборатории может открыть для себя много необычного и познавательного [1, с. 8].
С помощью данной лаборатории можно решить следующие задачи:
- формирование целостной картины мира и расширение кругозора;
- развитие познавательно–исследовательской и продуктивной (конструктивной) деятельности;
- развитие восприятия, мышления, речи, внимания, памяти;
- формирование первичных ценностных представлений о себе, о здоровье и здоровом образе жизни;
- освоение распространенных норм и правил взаимоотношений со взрослыми и сверстниками.
Использование в своей работе цифровых лабораторий предоставляет возможность обучающимся начальной школы почувствовать себя в роли настоящих ученых-исследователей. Благодаря личной мотивации, осмысленности и практико-ориентированной деятельности школьников изучение природы превращается в увлеченный поиск истины. Также постановка опытов и наблюдения имеют большое значение для ознакомления обучающихся с сущностью экспериментального метода, с его ролью в научных исследованиях и в формировании умений самостоятельно приобретать и применять знания, развитии творческих способностей.
Работая с новым оборудованием, мы каждый день делаем массу открытий вместе с учащимися. Использование всех возможностей данной техники принесёт определенные плоды в дальнейшей образовательной деятельности школьников.
Читайте также: