Доклад на районное МО учителей физики по теме «Компьютерные технологии в системе школьного физического эксперимента»


Введение

Использование информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) в учебном процессе является актуальной проблемой современного школьного образования. Сегодня необходимо, чтобы каждый учитель по любой школьной дисциплине мог подготовить и провести урок с использованием ИКТ. Вычислительная техника значительно расширяет представление учебной информации. Она является одним из самых совершенных технических средств обучения, позволяет моделировать различные ситуации и воссоздавать реальную обстановку.

Физика – наука эксперименталь­ная, и для ее полноценного изучения необходимо использовать опыты. Но современная физика стала еще и наукой «компьютерной»: физик-эксперимента­тор использует компьютер как неотъем­лемую часть исследовательской установ­ки, физик-теоретик работает с ним для моделирования изучаемых явлений, оба они обращаются к компьютерным базам данных. Поэтому теперь полноценное изучение физики предполагает включе­ние компьютера в учебный процесс.

Обратим внимание на ставшие традиционными средства иллюстративной компьютерной графики. Это – демонстрация картинок и роликов, иллюстрирующих различные явления и процессы при обучении. Это позволяет не только активизировать познавательную деятельность, но и повысить уровень усвоения учебного материала, увеличить скорость передачи информации, способствует развитию образного мышления, интуиции.

Рассмотрим механизм воздействия графики на развитие образного мышления.

Для научного творчества необходимо восприятие мира во всей его полноте. Поэтому наиболее перспективным направлением в развитии средств интерактивной компьютерной графики является то, которое позволяет активизировать свойственную человеку способность мыслить пространственными образами. Для этого необходимо акцентировать внимание на:

- создание таких моделей представления знаний, в которых была бы возможность однообразными средствами представлять объекты, характерные для логического мышления, так и образы-картинки, с которыми оперирует образное мышление;

- визуализации тех человеческих знаний, для которых пока невозможно подобрать текстовые описания;

- поиск путей перехода от наблюдаемых образов-картинок к формулировке некоторой гипотезы о тех механизмах и процессах, которые скрыты за динамикой наблюдаемых картин.

Использование средств компьютерной графики реализует, прежде всего, педагогический аспект – принцип наглядности. Особенно эффективны иллюстративные блоки, которые включают натурное изображение в сочетании со схемами, несущими значительную дидактическую нагрузку.

 

Реализация возможностей компьютера в обучении осуществляется с помощью компьютерных программ учебного назначения. Эти программы и программные средства называют цифровые образовательные ресурсы.

Цифровые образовательные ресурсы создаются и используются для достижения педагогических целей и задач обучения. Они включают в себя учебный материал, который необходимо усвоить обучаемому, и управляющую часть, определяющую последовательность изучения учебного материала.

Наиболее значимые цели, реализуемые с помощью ЦОР в системе школьного физического эксперимента:

- Индивидуализация и дифференциация процесса обучения.

- Осуществление контроля с обратной связью, с диагностикой и оценкой результатов.

- Обеспечение возможности тренажа и осуществление его с помощью самоподготовки.

- Наглядность, усиление мотивации обучения (за счет динамики изобразительных средств).

- Моделирование и имитация изучаемых или исследуемых процессов и явлений.

- Существенно расширяет возможности применения микро-ЭВМ, как средства обучения, использования ее в физическом эксперименте в качестве измерительного прибора. Появление микро-ЭВМ в школах делает возможным проведение некоторых совершенно новых опытов.

 

Типы цифровых образовательных ресурсов:

~ Демонстрационные программы предназначены для наглядного предъявления учащимся отдельных элементов учебного материала, иллюстраций новых понятий учебного предмета, показ определенных процессов и явлений.

~     Имитационно-моделирующие программы основываются на уникальной способности ЭВМ моделировать сложные процессы и явления, визуально воспроизводя их сущность на экране в наглядной форме.

~ Информационно-справочные системы учебного назначения предназначены для оперативного ввода необходимой информации по запросу ученика на экран.

~ Обучающие программы типа "проблемная среда" включает набор вышеперечисленных типов программ.

~ Учебные инструментальные средства, которые позволяют изучить современные информационные технологии для обработки числовой, текстовой и графической информации, имеющиеся средства хранения и поиска информации и т.д.

~ програм­мы-конструкторы, называемые также обучающими средами, позволяют поль­зователю прямо на экране компьютера создавать, не прибегая к программиро­ванию (или почти не прибегая к нему), компьютерные модели, которые он за­думывает самостоятельно.

ЦОР в системе школьного физического эксперимента.

При изложении нового материала ком­пьютер позволяет сопровождать его ди­намическими иллюстрациями, компью­терными моделями, текстами и видео­фрагментами (для этого необходим про­екционный дисплей).

На этапе объяснения или при введении но­вых понятий компьютер, может помочь учителю повысить мотивацию к изучению предмета, поскольку позволяет расширить визуальный ряд.

Рассмотрим основные возможности применения информационных технологий при проведении физического эксперимента:

- демонстрация различных ситуаций (анимация, видео, компьютерные модельные эффекты);

- моделирование разнообразных физических ситуаций на компьютерной модели;

- использование конструкторов (в программах «Открытая физика» , «Виртуальная физика», «Сборка», «Начала электроники», «Оптическая скамья» и др.) с целью проектирования экспериментальной установки;

- использование инструментальных программ для обработки результатов измерения и оценки точности измерения;

- построение и анализ графиков средствами компьютерных программ.

Важную роль в изменении методики преподава­ния физики в школе может сыграть компьютер на этапе закрепления знаний: при решении задач, выполнении лабораторных работ, подготовке про­ектов, докладов, выступлений.

В случае проведения лабораторных работ компьютер может выполнять две функции. Первая – обработка результа­тов с использованием либо специально написанной программы, либо так назы­ваемых универсальных электронных таб­лиц. Вторая функция – проведение компьютерных лабораторных работ.

В качестве чуть ли не главного достоинства ком­пьютерных лабораторных работ некоторые преподаватели в своих публикациях отмечают возможность проводить их в усло­виях слабой оснащенности школы при­борами для натурных опытов.

При выполнении проектной работы или подго­товке реферата, публичного доклада на заданную тему школьники могут использовать цифровые фото и видео для получения информации о явлении (на­пример, быстропротекающем), и для подготовки отчёта.

Итак, компьютерный эксперимент возможно использовать:

- как средство наглядности (особенно для демонстраций, которые невозможно показать в классе или малоэффективных);

- как средство предъявление научных фактов;

- как тренажер для отработки отдельных экспериментальных действий и операций перед выполнением лабораторных работ;

- как средство контроля за уровнем сформированности у школьников умений выполнять отдельные экспериментальные действия.

Принципы использования компьютера на занятиях по физике

Использовать компьютер лишь в тех случаях, когда они являются дополнением к реальным экспериментам, помня о том, что только работа с приборами дает учащимся необходимые для практики умения и навыки.

Дозировать работу с использованием дисплеев, чтобы не перегружать органы зрения и нервную систему учащихся при рассматривании мерцающих экранов и эмоциональном напряжении.

Усложнять работу с компьютером постепенно.

Планомерно и систематически знакомить учащихся в курсе физики с принципами работы и физическими основами ЭВТ.

Систематически показывать место компьютера в ускорении научно-технического прогресса, опираясь на решения различных научных задач, а так же ее политехническое значение в энергетике, космической технике, эксперименте, экономических, гео- и астрофизических проблемах, в химии, биологии, физике и технологии.

Внедрение ВТ в учебный процесс должно носить системно-функциональный характер, который предполагает установление фундаментальных идей, связывающих в единую систему структурные элементы каждой науки, и их преобразования в курсах школьных предметов с обязательным учетом психолого-педагогических возможностей школьников на каждом этапе обучения.

Технология использования ЭИ предполагает на­личие связки: учительский компьютер-проектор-обычный экран.

Благодаря компьютеру в процессе обучения

- достигается высокая степень варьируемости демонстраций,

- происходит перенос акцента с обучающей деятельности преподавателя на познавательскую деятельность учащихся, активизируется их учебную деятельность.

Информационные технологии способствуют развитию организационных форм построения учебного процесса. Но при организации занятий не следует подменять работу школьников в виртуальной информационной среде с натурными установками. Реальные физические демонстрации не должны вытесняться компьютерными версиями. Эффективность использования виртуальной среды определяется мастерством учителя.

 

 

Виртуальные физические эксперименты

В содержание многих современных электронных учебных изданиях по физике входят анимации, интерактивные модели, конструкторы, тренажеры, видеозаписи физических экспериментов, виртуальные лабораторные работы и пр. Эти учебные объекты могут служить основой для организации самостоятельной работы учащихся как в классе, так и в домашних условиях; они призваны обеспечить подготовку школьников к лабораторным занятиям по физике. Данные объекты разнятся по своим обучающим возможностям.

В виртуальной среде представлены модели и достаточно высокого дидактического качества. Некоторые из них ориентированы на отработку у учащихся отдельных экспериментальных умений (тренажеры, конструкторы); другие помогают изучать физические явления, недоступные для воспроизведения в условиях школьной лаборатории; третьи создают условия для самостоятельного моделирования обучаемым разнообразных физических ситуаций.

Необходим тщательный отбор модельных объектов электронных учебных изданий для лабораторных занятий. Считаю, что наиболее эффективным для занятий этой организационной формы является использование виртуальных манипулятивных моделей (в том числе конструкторов и тренажеров), а также видеофрагментов натурных опытов. Таких объектов пока недостаточно в виртуальной информационной среде. Класс таких учебных объектов необходимо последовательно развивать.

На уроках физики невозможно обойтись без демонстрационного эксперимента, но не всегда материальная база кабинета соответствует требованиям современного кабинета физики. И поэтому здесь на помощь приходит компьютерный эксперимент. Компьютер становится помощником не только ученика, но и учителя. Преимущество работы ученика с программным обеспечением состоит в том, что этот вид деятельности стимулирует исследовательскую и творческую деятельность, развивает познавательные интересы учеников. Программы могут быть полезными при подготовке к лабораторным занятиям с реальным оборудованием и окажутся незаменимыми при его отсутствии. Интерактивные опыты можно использовать для демонстрации на уроке. Это позволит решить вопросы, связанные с недостатком лабораторного оборудования, оптимально организовать рабочее время. Также будет эффективным использование интерактивных лабораторных работ при самостоятельной работе учащихся.

Важное место в формировании практических умений и навыков у учащихся на уроках физики отводится демонстрационному эксперименту и фронтальной лабораторной работе. Демонстрационный эксперимент на уроках физики формирует у учащихся накопленные ранее представления о физических явлениях и процессах, пополняет и расширяет кругозор учащихся. В ходе эксперимента, проводимого учащимися самостоятельно во время лабораторных работ, они познают закономерности физических явлений, знакомятся с методами их исследования, учатся работать с физическими приборами и установками, то есть учатся самостоятельно добывать знания на практике.

Но для проведения полноценного физического эксперимента, как демонстрационного, так и фронтального необходимо в достаточном количестве соответствующее оборудование. В настоящее время наша школьная лаборатория по физике очень слабо оснащена приборами по физике и учебно-наглядными пособиями для проведения демонстрационных и фронтальных лабораторных работ. Имеющееся оборудование не только пришло в негодность, оно также морально устарело и имеется в недостаточном количестве.

Результатом этого является то, что:

ученики не могут представить некоторые явления макромира и микромира, так как отдельные явления, изучаемые в курсе физики средней школы невозможно наблюдать в реальной жизни и тем более воспроизвести экспериментальным путем за короткое время в физической лаборатории, например, явления атомной и ядерной физики и т.д. Поэтому учителю приходится объяснять их суть чисто теоретически, не подкрепляя экспериментально, что сказывается на уровне подготовки учащихся по физике.

В связи с отсутствием необходимого оборудования для проведения физического эксперимента учителя физики испытывают серьезные трудности.

  1. Эксперимент по атомной и ядерной физике.
  2. Обеспечение безопасности, так как проведение отдельных экспериментальных работ сопряжено с опасностью для жизни и здоровья учащихся.
  3. Невозможно проследить все закономерности изучаемых явлений, что также сказывается на уровне знаний учащихся.
  4. Достаточно сложно научить учащихся самостоятельно добывать физические знания, то есть сформировать у них информационную компетентность, применяя только традиционные технологии обучения.

 

Как показывает опыт, применение только традиционной методики проведения физического эксперимента приводит к низкому уровню умений и практических навыков учащихся по физике, так как не все ученики умеют:

- анализировать, понимать и интерпретировать графики и таблицы, полученные в ходе эксперимента (не умеют использовать полученные знания по алгебре и геометрии при изучении физики);

- объяснять суть физических явлений (слабый словарный запас терминологии по физике);

- понимать закономерности физических процессов (не видят причинно-следственные связи);

- самостоятельно добывать нужную информацию из различных источников, в том числе электронных (слабо развиты навыки самостоятельной работы с ПК).

Выше перечисленные пробелы в знаниях учащихся влияют на формирование информационной компетентности и уровень обученности учащихся по физике. В связи с этим появляется идея:

если проводить физический эксперимент и фронтальные лабораторные работы, используя виртуальные модели посредством компьютера, то можно компенсировать недостаток оборудования в физической лаборатории школы и, таким образом, научить учащихся самостоятельно добывать физические знания в ходе физического эксперимента на виртуальных моделях. Таким образом, появляется реальная возможность формирования необходимой информационной компетентности у учащихся и повышения уровня обученности учащихся по физике.

Необходимо отметить, что компьютерный эксперимент способен дополнить “экспериментальную” часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков. При его использовании можно вычленить главное в явлении, отсечь второстепенные факторы, выявить закономерности, многократно провести испытание с изменяемыми параметрами, сохранить результаты и вернуться к своим исследованиям в удобное время. К тому же, в компьютерном варианте можно провести значительно большее количество экспериментов. Данный вид эксперимента реализуется с помощью компьютерной модели того или иного закона, явления, процесса и т.д. Считаю, что работа с этими моделями открывает перед учащимися огромные познавательные возможности, делая их не только наблюдателями, но и активными участниками проводимых экспериментов.

Мною для рассмотрения методики проведения лабораторных работ по физике с использованием информационных технологий предлагаются программы «Виртуальные лабораторные работы по физике», «Начала электроники», «Живая физика»,  которые позволяют:

  1. Глубже понять физические процессы и закономерности, а также научиться применять полученные знания на практике.
  2. Реализовать личностно-ориентированный подход в обучении.
  3. Интегрировать знания учащихся.
  4. Стимулировать учащихся на освоение персонального компьютера.
  5. Поэтапно проводить эксперименты, создание ситуацию успеха на уроке, возможность применять методы дифференцированного обучения.
  6. Применять элементы технологии Н.П. Гузика «Блочная система изучения программного материала» (проблема актуальна, так как количество часов по БУРПу по физике сокращено).
  7. Мотивировать учащихся на исследовательскую работу по какой-либо интересующей его теме для самостоятельного создания мультимедийных моделей взаимодействия тел, физических явлений и изменяя параметры взаимодействия, наглядно видеть результат.

Несмотря на большие плюсы, я рекомендую учителям физики не отказываться полностью от реальных практических работ, так как на начальном этапе обучения физике (7-9 классы) у подростков более развита предметная деятельность, чем наглядно-образное мышление, а в старших классах (10-11), когда обучение учащихся основано на теоретическом уровне обобщения, можно использовать компьютерные модели, развивающие логику и мышление учащихся.

Расширение знаний учителя в области «Методика проведения лабораторных работ по физики с использованием ИТ» позволяет педагогу:

  1. Осваивать новейшие достижения педагогической науки и практики.
  2. Использовать учителю в своей работе новые технологии на актуально развивающей, личностно – ориентированной основе.
  3. Осуществлять оптимальный интегрированный отбор проблемных, исследовательских, практических, репродуктивных методов обучения.
  4. Использовать виртуальные манипулятивные модели, видеофрагменты натуральных опытов.
  5. Стимулировать исследовательскую и творческую деятельность, которая развивает познавательные интересы учеников.
  6. Использовать компьютерный эксперимент, который способен дополнить «экспериментальную» часть курса физики и значительно повысить эффективность уроков.

Таким образом, обучение на основе КТ создает условия для эффективного проявления фундаментальных закономерностей мышления, оптимизирует познавательный процесс. Фактором, позволяющим это сделать, является визуализация основных математических и физических понятий, процессов и явлений при помощи компьютера.


 

Использование цифровых лабораторий

Ни менее важное применение компьютера как универсального измерительного прибора в реальных физических экспериментах. Для этого необходим набор соответствующих датчиков и средств коммуникации с ПК. Такие комплекты принято называть цифровыми лабораториями. Для того, 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 гораздо 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. Существует широкий спектр цифровых лабораторных, но я остановлюсь на цифровой лаборатории «Архимед» поставляемой в школы в рамках ФГОС 2.

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.

Основу 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, согласитесь, 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.

 dkld1

Цифровые лаборатории «Архимед», предназначены для проведения лабораторных работ и учебных исследований как в классе, так и в походных условиях.

В зависимости от Ваших потребностей Вы можете приобрести те датчики которые Вам необходимы для учебного процесса. В состав стандартной лаборатории включены датчики: освещенности, влажности, дыхания, кислорода, сердечного ритма, температуры, рН-метр, напряжения, тока, освещенности, давления, силы, магнитного поля, расстояния, микрофоны и др.

По сравнению с традиционными лабораториями " Архимед" позволяет существенно сократить время на организацию и проведение работ, повышает точность и наглядность экспериментов, предоставляет практически неограниченные возможности по обработке и анализу полученных данных.

Использование Архимеда способствуют освоению понятий и навыков в смежных образовательных областях: современные информационные технологии современное оборудование исследовательской лаборатории
математические функции и графики, математическая обработка экспериментальных данных, статистика, приближенные вычисления, интерполяция и аппроксимация методика проведения исследований, составление отчетов, презентация проведенной работы.

dkld2     dkld3

 

 

Применяя цифровые лаборатории на уроках физики, учащиеся смогут выполнить множество фронтальных лабораторных работ и работ физического практикума.

По программе основной школы
в разделе «Механика» можно выполнить работы:

  • «Исследование зависимости силы тяжести от массы тела»,
  • «Исследование силы трения»,
  • «Исследование зависимости удлинения пружины от силы ее растяжения»
    и другие.

в разделе «Молекулярная физика и термодинамика» -

  • «Измерение температуры вещества»,
  • «Изучение явлений теплообмена»,
  • «Измерение удельной теплоемкости вещества»,
  • «Измерение влажности воздуха»,
  • «Измерение удельной теплоты плавления льда»
    и другие.

в разделе «Электродинамика» -

  • «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»
    и другие.

По программе средней (полной) школы

в разделе «Механика» – стандартные лабораторные работы

  • «Измерение ускорения свободного падения»,
  • «Проверка закона сохранения энергии при действии сил тяжести и упругости», а также новые работы –
  • «Изучение упругих свойств тела»,
  • «Изучение движения тел на машине Атвуда»,
  • «Изучение свойств винтовой пружины»,
  • «Проверка второго закона Ньютона в терминах импульсов»,
  • «Изучение движения связанных тел»
    и другие.

В разделе «Молекулярная физика и термодинамика» выполняются лабораторные работы:

  • «Исследование изотермического и изохорного процессов»,
  • «Измерение удельной теплоемкости вещества», а также
  • « Изучение процессов нагревания и кипения воды»,
  • «Сравнение количеств теплоты при смешивании воды разной температуры»,
  • «Измерение термического коэффициента давления воздуха»,
  • «Проверка уравнения состояния газа»,
  • «Оценка средней скорости теплового движения молекул воздуха»,
  • «Изучение работы холодильника и определение его характеристик»
    и другие.

в разделе «Электродинамика»:

  • Исследование смешанного соединения проводников»,
  • «Изучение закона Ома для полной цепи» и
  • «Изучение явления электромагнитной индукции», а также
  • «Определение заряда одновалентного иона»,
  • «Определение электроемкости конденсатора методом зарядки и разрядки»,
  • « Измерение сопротивления проводника с помощью амперметра и вольтметра»,
  • «Изучение зависимости сопротивления металлического проводника от температуры»,
  • «Исследование зависимости сопротивления проводника от его геометрических размеров»,
  • «Снятие вольт-амперной характеристики проволочного сопротивления, лампы накаливания и диода»,
  • «Измерение КПД нагревателя»,
  • «Изучение электрических процессов в лампе дневного света»,
  • «Снятие температурной характеристики термистора»,
  • «Наблюдение явления самоиндукции»,
  • «Измерение рабочих параметров электромагнитного реле»,
  • «Определение числа витков в обмотках трансформатора»
    и другие.

На уроках физики могут быть поставлены следующие демонстрационные эксперименты:

  • по программе основной школы
    • в разделе «Механика» можно выполнить работы:
      • «Равномерное движение»,
      • «Относительность движения»
      • Запись колебательного движения
      • Свободные колебания груза на нити и груза на пружине
      • Силы трения покоя, силы трения скольжения
      • Переход потенциальной энергии в кинетическую и обратно
      • Изменение энергии тела при совершении работы
        и другие.
    • в разделе «Молекулярная физика и термодинамика» -
      • «Сцепление свинцовых цилиндров»,
      • «Сравнение теплоемкостей тел одинаковой массы
      • Охлаждение жидкостей при испарении
      • Изменение внутренней энергии тела при совершении работы и при теплопередаче
      • Постоянство температуры кипения жидкости
      • Плавление и отвердевание кристаллических тел

и другие.

    • в разделе «Электродинамика» -
      • «Зависимость силы тока от напряжения на участке цепи и от сопротивления этого участка»
      • «Измерение сопротивлений»
      • «Нагревание проводника током»
      • «Электромагнитная индукция»
      • «Действие магнитного поля на ток»
        и другие.
  • по программе полной (средней школы)
    • в разделе «Механика» – стандартные лабораторные работы
      • «Зависимость характера движения от выбранной системы отсчета»,
      • «Вес тела при ускоренном подъеме и падении»
      • «Движение тела, брошенного горизонтально»
      • «Зависимость ускорения тела от массы и силы, действующей на тело»
      • «Сохранение импульса»
      • «Сохранение энергии»
      • «Зависимость колебаний маятника от времени»
      • «Распространение звука в воздушной среде»
        и другие.
    • В разделе «Молекулярная физика и термодинамика» выполняются лабораторные работы:
      • «Изменение внутренней энергии тел при совершении работы и при теплопередаче»,
      • «Постоянство температуры кипения жидкостей»,
      • «Кипение воды при пониженном давлении»
      • «Плавление и отвердевание кристаллических тел»
      • «Газовые законы»
        и другие.
    • в разделе «Электродинамика»
      • «Действие магнитного поля на проводник с током»,
      • «Магнитное поле прямого тока, проводника с током»
      • «Электромагнитная индукция»
      • «Интерференция света»
      • «Дифракция света»
      • «Поляризация света»

Цели использования лаборатории «Архимед»:

  • 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).

Цифровые лаборатории «Архимед» – это оборудование для проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ по физике, биологии и химии, проектной и исследовательской деятельности учащихся. Лаборатория состоит из:

  • измерительного интерфейса USBLink;
  • 28-х цифровых датчиков
  • дополнительно оснащается цифровым микроскопом.

USBLink имеет функцию синхронизации с настольным ПК, далее данные можно просматривать на персональном компьютере, а затем производить дальнейшую обработку результатов. При помощи расширенного варианта программы MultiLab, входящею так же в программное обеспечение КПК, производить конвертирование, т.е. перевод файлов в различные форматы без изменения их расширения, включая графические файлы и потоковое видео в формате AVI.

Рассмотрим каждую составную часть цифровой лаборатории.

1.Компьютер, оснащён программой MultiLab.

При помощи MultiLab можно:

  • собирать данные и отображать их в ходе эксперимента
  • выбирать различные способы отображения данных – в виде графиков, таблиц, табло измерительных приборов
  • обрабатывать и анализировать данные с помощью Мастера анализа
  • импортировать/экспортировать данные текстового формата
  • вести Журнал экспериментов
  • просматривать видеозаписи предварительно записанных экспериментов

2. Данные в программу MultiLab поступают из измерительного интерфейса UsbLink посредством интерфейса USB. USBLink осуществляет сбор данных и их первичную обработку, а так же принимает сигналы от датчиков, регистрирует данные экспериментов. Может работать с восемью датчиками одновременно как самостоятельно, так и под управлением персонального компьютера.

3. В состав лаборатории входят 28 цифровых датчиков. Они являются особо чувствительными и обладают минимальной погрешностью при измерениях.

В состав лаборатории по физике включены датчики:

  • тока
  • расстояния
  • силы
  • влажности
  • освещенности
  • индукции магнитного поля
  • давления
  • микрофонный датчик (звуковой)
  • термопара
  • напряжения
  • электропроводимости
  • фотоворота
  • угла поворота
  • укорения
  • счётчик Гейгера-Мюлера

4.  Дополнительно лаборатория Архимед оснащается цифровым микроскопом – это существенно расширяет ее возможности.

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 т.ч. в форме цифровой видеозаписи, отображения на экране, распечатки, включения в презентацию.

Цифровой микроскоп используется на уроках природоведения и окружающего мира, биологии, химии, физики, экологии, в освоении отдельных разделов курса информатики и информационных технологий.

Микроскоп соединяется с компьютером посредством интерфейса 2.0 и имеет программу Digital Blue(tm) QX5(tm) Computer Microscope под ОС Windows для просмотра и обработки данных, есть возможность использовать другие программы, такие, как Adobe Photoshop CS2, ACDSee, для сбора и обработки графических данных, а так же Nero Vision, Pinnacle, Adobe Premere для обработки и конвертирования потокового видео в различных форматах.

В настоящее время получено и используется новое программное обеспечение под ноутбуки Macintosh на базе операционной системы Macintosh OS 10.4. Преимущества программы, по сравнению с программой под Windows очевидно – мобильность использования, а так же расширенные настройки интерфейса, включающего в себя помимо фиксированного увеличения линз микроскопа 10 60 и 200 кратного, так же цифровой плавный трехкратный зум на каждую линзу, коррекцию резкости, контраста и гаммы.

Для сбора, анализа и обработки данных имеется целый комплект дополнительного программного обеспечения, включающий в себя программы, которые позволяют осуществлять сбор экспериментальных данных, графический анализ данных, решение математических уравнений, обработку экспериментальных данных на настольном компьютере.

Лаборатории обладают целым рядом неоспоримых достоинств: позволяют получать данные, недоступные в традиционных учебных экспериментах, дают возможность производить удобную обработку результатов. Обладают мобильностью, что позволяет проводить исследования в «полевых условиях».

Осваивая лаборатории можно осуществить дифференцированный подход и развить у учащихся интерес к самостоятельной исследовательской деятельности. Эксперименты, проводимые с помощью цифровой лаборатории «Архимед» более наглядны и эффективны, это даёт возможность лучше понять и запомнить тему. С цифровыми лабораториями можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования.

Цифровая лаборатория «Архимед» активно используется в работе школьного научного общества учащихся, что позволяет выполнять сложные научные эксперименты в ходе проектных и исследовательских работ учащихся.

Применяя такой исследовательский подход к обучению, создаются условия для приобретения учащимися навыков научного анализа явлений природы, осмыслению взаимодействия общества и природы, осознанию значимости своей практической помощи природе.

Каждый учитель сможет разработать свои интересные лабораторные опыты, которые сделают процесс обучения более интересным и запоминающимся.

Список использованной литературы:

  1. Статья на http://festival.1september.ru  "Использование цифровой лаборатории «Архимед» в образовательном процессе школы" Минаков Дмитрий Владимирович
  2. Статья на http://www.gazeta.lbz.ru  Федорова Ю.В. О применении цифровых лаборатории «АРХИМЕД» в школе