ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УЧАЩЕГОСЯ В ЕСТЕСТВЕННО-НАУЧНЫХ ПРЕДМЕТАХ НА БАЗЕ ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ИКТ
Ю.В. Федорова, fedorova@9151394.ru
Московский институт открытого образования
SCIENCE EDUCATION AND ICT IN SCHOOL
Yu.V. Fedorova, fedorova@9151394.ru
Moscow Institute of Open Education
В школах Москвы, Санкт-Петербурга и некоторых регионах России уже более пяти лет эффективно применяются цифровые лаборатории –оборудование и программное обеспечение для проведения демонстрационного и лабораторного эксперимента используют учителя и ученики на уроках физики, химии и биологии.
Цифровые лаборатории «Архимед» основаны на базе портативного компьютера нового поколения NOVA5000, легком (1,1 кг.), работающем на ОС WindowsСЕ 5.0, со встроенным измерительным интерфейсом для подключения до четырех цифровых датчиков. Ученик создает на нем с помощью стандартных офисных программ творческие работы и отчеты о своей деятельности, хранит фотографии, данные экспериментов, с помощью мультимедиа проектора представляет свои работы классу, выходит в Интернет, используя беспроводную связь WiFi.
Множество интереснейших и наглядных экспериментов стали возможны лишь с применением цифровых лабораторий.
При изучении электромагнитной индукции эффектный эксперимент демонстрирует, что тяжелый металлический цилиндр падает в медной трубе подозрительно медленно, как будто что-то препятствует его движению вниз. Это магнит, но труба-то немагнитная!
Можно строить теоретические предположения или поверить объяснениям учителя и воспринимать его, как единственный критерий истинности собственных рассуждений. Другое дело, когда теория может быть проверена экспериментально. В цифровой лаборатории можно измерить, как при падении в трубу магнита меняется величина и направление индукционного тока, создаваемого в катушке, установленной на трубу, и индукция магнитного поля на уровне катушки. И увидеть на дисплее, что магнитное поле нарастает вместе с индукционным током, а направлено противоположно, а когда магнит проходит катушку и поле начинает убывать, ток меняет направление на противоположное, и снова находится в противофазе к магнитному полю.
Но не все эксперименты, какие хотелось бы, доступны в школьных условиях, да и вообще в условиях Земли. Расширить возможности экспериментирования можно благодаря виртуальной физической лаборатории Живая Физика. Живая Физика позволяет моделировать экспериментальные установки и реальные ситуации. Учащиеся могут самостоятельно проводить разнообразные исследования важнейших физических явлений и процессов, экспериментально проверять гипотезы, изучая физику не «по книге», а на собственном опыте, находить ответ на вопрос «Что будет, если...?». Виртуальная физическая лаборатория не заменяет реальную, а дополняет ее, позволяет обойтись без сложного в налаживании, громоздкого, дорогостоящего, а иногда даже опасного лабораторного оборудования.
Программа Живая Физика и Цифровая лаборатория «Архимед» могут удачно использоваться в сочетании. Такое совместное исследование позволяет динамически визуализировать в Живой Физике данные, полученных в натурном эксперименте, сравнить поведение компьютерной модели и реального объекта, извлечь при помощи компьютерной модели из экспериментальных данных новых величин и зависимостей, которые были недоступны прямому измерению в натурном эксперименте и др.
Другой пример моделирующей среды для естественнонаучного эксперимента, а именно биологического, БиоЛогика – программа для изучения основ генетики и клеточных основ размножения. Генетика, изучающаяся ранее лишь по картинкам, теперь становится доступной для эксперимента на уроке. В ходе наглядных виртуальных экспериментов на различных уровнях организации живых организмов (от отдельных генов и хромосом - до клеток и целых организмов) ученики могут изучать законы наследственности и изменчивости, статистическую вероятность наследования признаков на протяжении нескольких поколений, понять значение наследственности и мутаций в процессе селекции.
Пример существенного расширения возможности экспериментальной исследовательской работы на уроке биологии – компьютерное определение растений с использованием цифрового микроскопа. Сегодня учащемуся доступны Атласы-определители растений средней полосы Европейской части России, которые содержат информацию о более чем 200 видах травянистых растений, обладающих хорошо заметными цветками и принадлежащих примерно к 50 семействам, и более 100 видах деревянистых растений в зимнем и летнем состоянии (деревьев, кустарников, кустарничков и лиан). Недоступные глазу морфологические признаки растения позволяет обнаружить цифровой микроскоп. Микроскоп снабжен преобразователем визуальной информации в цифровую, обеспечивающим передачу в компьютер в реальном времени изображений микрообъекта (микропроцесса), и их хранение, в том числе в форме цифровой видеозаписи.
И, наконец, неожиданная для многих возможность использования известных конструкторов ЛЕГО в естественнонаучном эксперименте. Вот уже более 10 лет на уроках естественнонаучного цикла, и в первую очередь на уроках физики используются образовательные конструкторы ЛЕГО. Конструкторы знакомят учащихся с источниками, способами преобразования и сохранения энергии, а также с соотношениями между энергией, работой и мощностью и с тремя основными возобновляемыми источниками энергии: солнечной энергией, энергией ветра и энергией потока воды. С их помощью можно создавать генераторы, механические накопители энергии и модели автомобилей.
А программируемые конструкторы ЛЕГО, включающие ЛЕГО-микрокомпьютеры и инфракрасные ИК-передатчики предоставляют еще больше возможностей для исследовательской деятельности. Разрабатывая, программируя и тестируя роботов, ученики не только приобретают навыки в области конструирования и программирования, знакомятся с процессами планирования, осваивают алгоритм пошагового решения задач, выработки и проверки гипотез, анализа неожиданных результатов, но и выполняют интересные экспериментальные исследования.
|
