IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Цифровые лаборатории - оборудование и программное обеспечение для проведения демонстрационного и лабораторного эксперимента на занятиях естественнонаучного цикла. Это комплекты оборудования и программного обеспечения для сбора и анализа данных естественнонаучных экспериментов.

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.). 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 биологии, учащиеся смогу 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 «Ботаника»

• 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

o 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
• 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

При использовании Цифровых лабораторий 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 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.

Цифровые лаборатории - это новое поколение школьных естественнонаучных лабораторий. Они предоставляют возможность:

• сократить время, которое затрачивается на подготовку и проведение фронтального или демонстрационного эксперимента;
• повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов, расширить список экспериментов;
• проводить измерения в полевых условиях;
• модернизировать уже привычные эксперименты.

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.

Дополнительно лаборатория Архимед оснащается цифровым микроскопом. Цифровой микроскоп - это приспособленный для работы в школьных условиях оптический микроскоп, снабженный преобразователем визуальной информации в цифровую. Он обеспечивает возможность передачи в компьютер в реальном времени изображение микрообъекта и микропроцесса, его хранения, в том числе в форме цифровой видеозаписи, отображения на экране, распечатки, включения в презентацию.

Используя цифровые лаборатории в учебном процессе, повышается уровень знаний по предмету за счет активной деятельности учащихся в ходе экспериментальной исследовательской работы, раскрывается творческий потенциал учащихся через выполнение индивидуальных и исследовательских проектов.

В рамках курсовой работы, нами предприняты попытки методически разработать и несколько модифицировать имеющиеся опыты с использованием цифровой лаборатории, и которые можно проводить в рамках элективного курса.

Список литературы:

1. Федорова, Ю.В. О применении цифровых лаборатории «Архимед» в школе / Ю.В. Федорова // Лаборатория знаний. - 2010. - №5.
2. Минаков, Д.В. Использование цифровой лаборатории «Архимед» в образовательном процессе школы [Электронный ресурс] / Д.В. Минаков. - Режим доступа: http://festival.1september.ru/articles/534732/. - Загл. с экрана.