XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Двадцать первый век – век, когда технологии практически полностью интегрированы в повседневную жизнь общества. Их используют везде, и не малую роль они занимают в образовании. В школах и детских садах устанавливают интерактивные доски, школьникам на время занятий выдают ноутбуки, в художественных школах – планшеты. Если задействовать современные технологии на занятии, то это значительно упростит понимание и изучение материала, как для самого педагога, так и для учащегося. Их использование значительно сокращает время, затраченное на подготовку для демонстрации и исследования материала.

Мы все глубже вторгаемся в виртуальное пространство, а виртуальное пространство все глубже вторгается в нашу повседневную жизнь. Двадцать первый век – век, когда технологии значительно упрощают процесс воспитания, познания и изучения. Именно поэтому они становятся обыденностью, важной и неотъемлемой частью в процессе образования.

Во время исследовательских практикумов, учебных исследовательских проектов, лабораторных работ учащемуся, как правило, не достаточно одних лишь теоретических знаний, однако учебное заведение не всегда может предоставить все нужное оборудование. Поэтому ИТК удобно ещё и тем, что помимо теоретического познания, предоставляет пользователю и эмпирическое. Конструирование и печать на 3D принтере, проектирование домов в таких программах как SketchUp, VisiCon, SweetHome 3D, проведение химических экспериментов, в специально оборудованной виртуальной лаборатории и т.д.

Практическая польза ИТК для самого педагога:

информационно-методическая поддержка образовательного процесса;

планирование образовательного процесса и его ресурсного обеспечения;

мониторинг и фиксация хода и результатов образовательного процесса;

мониторинг здоровья обучающихся;

современные процедуры создания, поиска, сбора, анализа, обработки и хранения информации.

В настоящее время уже многие школы имеют специально оснащённые ИТК кабинеты. Часто учителя химии и биологии обращаются к одной из инновационных технологий – цифровой лаборатории, которая является эффективным вспомогательным средством. Цифровая лаборатория – удобное программное обеспечение, предоставляющее большое пространство для исследований, экспериментов и демонстраций. Лаборатории подобного рода позволяют наглядно проводить эксперименты, диагностики, их можно использовать в качестве электронных таблиц для решения задач, так же имеется возможность проводить лабораторные и практикумы. Например, в кабинете химии можно задействовать: специальный набор для сборки молекул, комплект поляризационных фильтров, комплект датчиков и многое другое; в кабинете биологии: весы, разного рода модели (анатомический манекен, модель строения глаза, модель челюсти), цифровой микроскоп, магнитную мешалку. На российском рынке множество подобных лабораторий, как отечественного, так и зарубежного производства, отличительные черты которых заключаются лишь в количестве датчиков в наборе, качестве и цене.

Сами по себе регистраторы, как правило, мобильны и универсальны. Они специально сделаны так, чтобы пользоваться ими можно было пользователям разных возрастных категорий. В набор, вместе с оборудованием и датчиками, так же входит и специальное пособие для учителя, что заметно упрощает и ускоряет адаптацию к новой технологии.

Цифровая лаборатория значительно поднимает заинтересованность в практической деятельности у учеников, как замечают учителя. Во время работы подопечные не только изучают окружающую их действительность, но вместе с тем учатся обращаться с современными технологиями. При использовании регистраторов их деятельность больше не ограничена строго рамками урока, ученики сами делают измерения и проводят эксперименты, делая полноценные выводы в конце.

Применяя цифровые лаборатории на уроках биологии и химии, учащиеся смогут выполнить множество лабораторных работ [1]:

Программа основной школы:

Изучение качественных реакций на кислород, углекислый газ, известковую воду.

Построение и разбор модели кристаллических решёток.

Наблюдение за гидролизом и гидратацией.

Программа 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 выделение О₂.

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 лёгких.

Механизм лёгочного дыхания.

Жизненная ёмкость лёгких.

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

Благодаря цифровым лабораториям, учащиеся могут не только с лёгкостью проводить эксперименты и разного рода измерения, на которые у них бы ушло несколько больше времени с обычным оборудованием, но и лучше усваивать материал, а так же находить аналоги в бытовых примерах. Таким образом, можно сделать вывод, что коэффициент полезности лабораторных и практических работ повышается.

На уроках химии могут быть поставлены многочисленные демонстрационные эксперименты, в том числе: фильтрование; разделение смесей; химические реакции; выращивание кристаллов; очистка поваренной соли; рассмотрение простых и сложных веществ в разных агрегатных состояниях; составление моделей молекул; вычисление молярной массы веществ.

Примеры цифровых лабораторий

Цифровые лаборатории ЛабДиск [4]

Представляет собой портативную лабораторию способную поместиться в ладони. Является интуитивно понятной, поскольку все команды изображены в виде пиктограмм, поэтому с технологией спокойно может разобраться и дошкольник. Их простой и «дружелюбный» внешний вид значительно облегчает измерительный процесс для пользователя. Подобные лаборатории можно брать с собой в походы и экскурсии. ЛабДиск удобен не только в плане использования и мобильности, но и в том, что к нему не требуется дополнительных девайсов, ведь все необходимое уже встроено в лабораторию. Технологию можно использовать как на уроках химии, так и физики.

Цифровая лаборатория Еinstein™ LabMate+ [4]

Лаборатория спокойно преобразует любой компьютер, планшет или телефон в полноценную естественно-научную среду. Регистратор данных спокойно подключается к устройствам на базе iOS, Windows, Android и Mac. Так же как ЛабДиск портативен, но предназначен для более взрослой аудитории – ученикам старшей школы. Используя различные цифровые датчики, можно проводить широкий спектр исследований, демонстрационных и лабораторных работ, а также осуществлять научно-исследовательские проекты, способствующие решению и освоению межпредметных задач.

Цифровые лаборатории L-микро®[4]

Оборудование российского производства, представляющее собой единую экспериментальную среду, объединяющую демонстрационное оборудование и наборы для лабораторных работ и практикума. Для вывода данных с датчиков физических величин необходим персональный компьютер (играющий роль измерительного блока в данной системе). Использование данной лаборатории так же просто, о для её корректной работы необходима дополнительная установка программного обеспечения на свой ПК.

Цифровые лаборатории «Наураша» [3]

Представляет из себя детскую цифровую лабораторию, в которую входит восемь модулей, каждый из которых посвящён определённой теме: температура, свет, электричество, кислотность, сила, магнитное поле, звук, пульс.

Возрастной контингент пользователей варьируется от дошкольников, до учеников начальной школы. В каждый модуль уже входят датчики в виде «Божьих коровок», а так же все необходимое оборудование.

Цифровые лаборатории EINSTEIN [4]

Полноценные лаборатории, прекрасно работающие совместно с любой платформой, будь то Linux и Windows или iOS и Android. Мобильная технология, позволяющая проводить эксперименты как в помещении школы, так и за её пределами, а после, подключившись к мультимедийному проектору, продемонстрировать итоги своей работы классу и преподавателю.

Регистратор преобразует любое устройство в естественно-научную среду, способно синхронизироваться одновременно до 32 планшетных устройств, в комплект входит 65 датчиков

Цифровая лаборатория Радуга

Цифровая лаборатория Радуга предназначена для обеспечения экспериментов с использованием от одного до четырёх одновременно работающих USB-датчиков различных физических и химических параметров. Цифровая лаборатория используется совместно с персональным компьютером пользователя. Компьютерная программа позволяет произвести автоматическое распознавание подключённых датчиков, выбор и настройку вида отображения данных, фильтрацию данных, регистрацию, измерение и отображение на графиках входных сигналов от датчиков, работу с архивом зарегистрированных результатов опытов. Цифровая лаборатория применяется при постановке демонстрационных экспериментов и исследовательских работ учащихся в условиях типовых кабинетов физики, химии и биологии основной и полной средней школы и учреждений начального и среднего профессионального образования, а также для практических и исследовательских работ в условиях ВУЗа.

Изучая и анализируя опыт учителей типовых школ в биологическом образовании, мы пришли к выводу, что этот опыт можно интерпретировать в таких направлениях, как современная цифровая лаборатория – современное средство обучения биологии на уроках и во внеурочной деятельности, в рамках элективной работы. ЦЛ можно применять на этапе проверки знаний, на этапе закрепления и обобщения. Учителя рекомендуют включение ЦЛ в разнообразные экспериментальные установки, с целью открытия новых возможностей для организации эффективного обучения биологии и экологии на основе творчества и научного поиска школьников; показать, как учебно-исследовательская деятельность учащихся с применением цифровой лаборатории, влияет на развитие интереса к изучению предмета.

Проанализировав ВПР за 8 класс, нами было обнаружено, что задания номер 7 предусматривают знания из курса «Анатомия». Примеры таких заданий:

Задание 1. Как изменится частота в дыхания и сердечного ритма при подъёме в горы? Ответ докажите.

Задание 2. Как должна измениться концентрация углекислого газа в крови, чтобы сердечный ритм участился? Ответ докажите.

Задание 3. Исключите лишние понятия в следующих заданиях:

А) предсердие, желудочек, миокард, кровообращение;

Б) вены, артерии, капилляры, пульс, аорта;

В) левый желудочек, аорта, лёгочная артерия, верхняя полая вена, правое предсердие, нижняя полая вена.

На данный момент фиксация результатов в ВПР, ЕГЭ и ОГЭ не просто текстовая и описательная, сейчас она предлагает детям многообразие, они должны уметь читать графики, диаграммы, таблицы, должны сами уметь построить всю эту деятельность. Анализируя материалы ОГЭ за 9 класс, где есть анатомическое содержание, мы выделили линию 20, в которой проверяемым элементов является владение приёмами работы с информацией биологического содержания, представленной в графической форме.

Пример задания в ОГЭ по биологии [2]:

Изучите график зависимости изменения частоты сердечных сокращений путешественника в состоянии покоя на разной высоте над уровнем моря (по оси х отложена высота над уровнем моря (м), а по оси у – частота сердечных сокращений (уд/мин)).

Какие два из нижеприведённых описаний наиболее точно характеризуют данную зависимость в указанном диапазоне высот?

1) На высоте меньше 2000 м сердце не бьётся.

2) Зависимость частоты сердечных сокращений от высоты прямая.

3) Частота сердечных сокращений изменяется скачкообразно.

4) После 3500 м над уровнем моря частота сердечных сокращений растёт медленнее, чем до 3500 м.

5) Частота сердечных сокращений зависит от концентрации углекислого газа.

Проанализировав ВПР, ОГЭ мы разработали задания для тренажёра:

1) На графике изображена зависимость частоты пульса от времени. На горизонтальной оси отмечено время (в секундах), на вертикальной оси – частота пульса (в ударах в секунду).

Пользуясь графиком, поставьте в соответствие каждому интервалу времени характеристику пульса на этом интервале.

ИНТЕРВАЛЫ ВРЕМЕНИ	ХАРАКТЕРИСТИКИ
А) 0–5 с Б) 0–2,5 с В) 15-13 с	1) Частота пульса падала. 2) Наибольший рост частоты пульса. 3) Частота пульса росла только 1 раз.

Запишите в ответ цифры, расположив их в порядке, соответствующем буквам:

А	Б	В	Г

Цифровая лаборатория позволяет самому ребёнку участвовать в этом процессе, самому задавать условия и менять их, проводить мини исследования и искать возможность интерпретации.

А так же нами были проанализированы лабораторные работы, предусмотренные программой школьного курса «Человек» и лабораторные работы с цифровыми лабораториями Радуга. При изучении темы «Сердечно-сосудистая система» можно предложить провести работу, используя цифровые датчики, «Затруднение кровообращения при перетяжке пальца». В теме «Дыхательная система» по аналоги со школьными лабораторными работами, в ЦЛ Радуга предлагаются лабораторные работы «Газообмен в лёгких», «Жизненная ёмкость лёгких. Реакция ДС на физическую нагрузку».

Заключение

Цифровые лаборатории заметно упрощают работу для педагога и его подопечного, помогают глубже и быстрее изучить окружающую среду. Благодаря им ученик может сделать все измерения сам, не прибегая к помощи других соучеников или педагога [5].

Лаборатории просты и понятны для пользователя, они специально разрабатываются так, чтобы управлять ими можно было практически на интуитивном уровне. Единственными и главными их недостатками остаётся: высокая цена, которая не проспонсированным государством школам будет непосильна.

Список литературы:

Галчаский, М. Ю. Эффективность использования цифровой лаборатории на уроках в специализированном биологическом классе [Электронный ресурс] / М. Ю. Галчаский, О. Б. Макарова // Современные подходы к работе с высокомотивированными старшеклассниками : материалы V Всерос. науч.-практ.конф. – Красноярск, 2016. – С. 46–49. – Доступ с сайта НЭБ eLIBRARY.RU. – Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=27459886. – 03.10.2019.

Герца, А. В. Приёмы работы с цифровой лабораторией [Текст] / А. В. Герца, Н. В. Шарыпова // Профессиональный дебют – 2012 : сб. науч. ст. и практ.-ориентир. материалов / ред. О. И. Чикунова. – Шадринск : ШГПИ, 2012. – С. 239–243.

Гущин Д.Д. Сдам ГИА [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://bio-oge.sdamgia.ru/problem?id=12461

Обзор цифровых лабораторий [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://sitimedia.ru/cifrovye_laboratorii

Шутяева, Е. А. Наураша в стране Наурандии [Текст] : цифровая лаборатория для дошкольников и младших школьников : методическое руководство для педагогов / Е. А. Шутяева. – Москва : Научные развлечения, 2018. – 75 с.

Код для цитирования: Скопировать