Исследовательская деятельность на уроках с использованием

Министерство образования и науки Камчатского края
Краевое государственное автономное образовательное учреждение
дополнительного образования взрослых
«КАМЧАТСКИЙ ИНСТИТУТ
ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ ПЕДАГОГИЧЕСКИХ КАДРОВ»
Методические рекомендации
Исследовательская деятельность на уроках с использованием
лабораторных датчиков
Сергеева С.В.,
методист Центра
информационных технологий
Петропавловск-Камчатский
2015
Методические рекомендации «Исследовательская деятельность на уроках с использованием
лабораторных датчиков»
Не уметь хорошо выражать свои мысли –
недостаток; но не иметь самостоятельных
мыслей
–
ещё
гораздо
больший;
самостоятельные же мысли вытекают только
из самостоятельно же приобретаемых
знаний.
К.Д. Ушинский
Сегодня, когда ключевым элементом модернизации российской школы является федеральный
государственный образовательный стандарт (далее – ФГОС) возникает необходимость сделать
акцент на организации проектной и исследовательской деятельности школьников как эффективных
методов, формирующих умение обучающихся самостоятельно добывать новые знания, работать с
информацией, делать выводы и умозаключении.[1]
Одним из условий для развития познавательной, творческой, исследовательской деятельности
является личная заинтересованность ребенка в данном процессе. Увлечь учением стало одним из
главных постулатов современного педагога. Становится явным и необходимым решать практические
задачи, которые так или иначе связаны с жизнью, вызывают заинтересованность у детей своей
значимостью, новизной или наоборот давно волнующим вопросом. Если привлечь к этой
деятельности компьютерные технологии, которые для современных молодых людей стали
сопровождением их комфортного времяпрепровождения, то результат не заставит себя ждать.
Универсальные учебные действия, которые развиваются в процессе исследовательской деятельности
помогают выполнению требований, предъявляемых ФГОС к метапредметным результатам
обучения.
В помощь учителю на современном этапе предлагается большое разнообразие учебнолабораторного оборудования, которое является одним из самых важных средств для осуществления
исследовательской деятельности на уроках.
Цифровые лаборатории предоставляют широкий спектр оборудования которой позволяет
преподавателю и учащимся с помощью высокоточных датчиков демонстрировать и проводить
опыты по физике, химии, биологии, географии, природоведению, окружающему миру,
естествознанию, экологии и других предметов, в том числе в рамках ФГОС. Цифровая лаборатория
использует современные средства измерения (датчиковые
системы) для изучения качественных и количественных
характеристик физических, химических и биологических
процессов окружающего мира.
Далее рассмотрим несколько примеров цифровых
датчиков , предназначенных специально для использования
в образовательных целях. На рис.1 изображен цифровой
мультидатчик по химии фирмы Pasco. С его помощью
можно производить :



исследование газовых законов
исследование кислот/оснований
изучение эндо-и экзотермических реакций
Рис. 1
На рис. 2 мы видим набор датчиков по физике В его
состав входят:




датчик движения
датчик силы
датчик напряжения и силы тока
датчик магнитного поля
Рис. 2
На рис.3 изображен датчик температуры - SDL 110
Предназначен для измерения температуры, твердых
тел, газообразных, сыпучих и жидких сред в указанных
диапазонах.
В ходе лабораторных и практических работ, проектной
и исследовательской деятельности обучающиеся :
 научатся активно использовать средства ИКТ для
решения коммуникативных и познавательных задач;
научатся использовать различные способы поиска, сбора, обработки, анализа и передачи
информации;
освоят доступные способы изучения природы (наблюдение, запись, измерение, опыт,
сравнение, классификация и др.);
научатся обращать внимание на показания приборов и осознавать необходимость
правильного измерения параметров устройств;
научатся фиксировать в цифровой форме измеряемые величины и анализировать
изображения, звуки;
программное обеспечение цифровых датчиков для образования позволяют сохранять данные
в графическом или табличном виде, экспортировать в Excel и распечатывать их.
Рис. 3





Цифровые лаборатории предназначены для организации учебной, учебно-исследовательской
и проектной деятельности, формирования у обучающихся навыков цифрового измерения
результатов проведенных натурных экспериментов. Обеспечивает решение образовательных задач
участниками учебного процесса с применением информационно-коммуникационных технологий
(ИКТ):





использование в учебном процессе современных образовательных технологий
деятельностного типа;
проведение экспериментов с использованием учебного лабораторного оборудования на базе
цифрового (электронного) измерений;
обеспечение условий эффективной самостоятельной работы обучающихся;
внедрение современных педагогических технологий;
формирование индивидуальных образовательных траекторий обучающихся. [5]
Цифровые датчики позволяют проводить уроки «вне стен классной комнаты». Это имеет
огромное значение для развития познавательной компетенции у детей. Измерения:
 температуры воды в водоемах;
 температуры таяния снега;
 освещенности помещений (музеев, библиотеки и т.д.);
 влажности, давления и другие позволяют проводить исследовательские работы в рамках
рассматриваемых предметных тем, таких как «времена года» (природоведение), «Вода и ее
состояния» (химия, биология), «влияние атмосферного давления и влажность» (география) .
Исследовательскую работу можно проводить и в рамках проектной деятельности. Именно
исследовательские проекты наиболее актуальны и действенны в плане развития универсальных
учебных действий у обучающихся.
Рассмотрим пример проведения исследования на уроке «Окружающий мир» (в контексте
темы «Кто ты такой», 2 класс) с использованием комплекта цифрового измерительного
оборудования для проведения естественно-научных экспериментов в начальной школе 3 Еna iLab.
Данную работу можно провести и с использованием учебного оборудования другой модели.
Необходимое оборудование:
1. Устройство регистрации результатов экспериментов
2. Датчик температуры SDL 110
3. Программное обеспечение (программа Digital Experiment System )
Чтобы увлечь обучающихся можно начать приблизительно так: «Вы, наверное, обращали
внимание на то, что у одних людей ладони более тёплые, 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 и почувствовать себя в роли настоящего исследователя….». Беседа с детьми покажет
учителю какие знания по данной теме присутствуют у обучающихся и насколько им интересна эта
тема.
Определение проблемы
Из предварительной беседы выяснилось, что температура тела может меняться в зависимости от
определенных условий. Каким образом мы можем повлиять на этот процесс? Последний вопрос
может стать основополагающим, той проблемой, которая сможет увлечь ребят.
Для привлечения внимания необходимо рассказать и чему юные исследователи научатся:
-
пользоваться датчиком для измерения температуры SDL 110, программным обеспечением
3ena (версия 9.0),
-
определять, как изменяется температура ваших ладоней в разных условиях.
Цель
Исследование изменения температуры тела в зависимости от внешних воздействий.
Выдвижение гипотезы
Учитель предлагает обсудить всем вместе вопросы.
Если вам необходимо остудить горячий суп, какие шаги вы предпримете?
Если ваши ладошки замерзли можно ли их согреть? Как?
Данное обсуждение под руководством педагога поможет детям выдвинуть самостоятельные
гипотезы. Класс можно разделить на группы в зависимости от количества датчиков. Вот пример
одной из гипотез:
Предположим, что если приложить ладони к батарее, то их температура повысится на 5
градусов по Цельсию.
Основной этап
Участникам эксперимента предлагается в своих группах измерить температуру ладоней с
помощью датчика температуры и полученные данные занести в таблицу 1.
Таблица 1
Температура ладоней
Номер участника
эксперимента
Имя участника эксперимента
1
Максимальная
температура ладони
°С
2
3
°С
°С
4
°С
Ход работы
1.
Подключение датчика температуры
SDL 110 к компьютеру. (Рис. 4)
2.
Запустите программу 3ena (версия
9.0) на компьютере.
3.
В предложенном меню выберите вариант
Создать. (Рис. 5)
Рис. 4
Рис. 5
4.
Откроется
окно программы. Нажмите на кнопку Быстрый эксперимент.
Появиться поле для просмотра за процессом эксперимента. (Рис.6)
Рис. 4
Рис. 6
5. Возьмите в ладошку датчик температуры как на рисунке 4, 5
и нажмите на кнопку Начать.
Измерение производить в течении 60 сек, в течение которых
датчик
покажет
правильное
значение
температуры
ладони
испытуемого. График в течении измерения будет изменяться.
Нажмите кнопку Стоп (она находится правее кнопки Начать). Затем выберите самое
большое
значении
температуры
и
запишите его рядом со своей фамилией.
(Таблица 1)
6. Передать прибор для измерения
температуры первому члену группы.
При этом держите прибор за
пластиковую часть, чтобы температура
датчика
не
изменилась
под
Рис.7
воздействием
вашей
руки.
Каждый
участник эксперимента должен быть готов взять в руку датчик прибора, как только начнётся
сбор данных.
7. Повторите шаги 5 и 6 пункты для каждого участника эксперимента. Убедитесь, что
прибор остыл до комнатной температуры перед каждым новым измерением.
8. Подумайте, как можно изменить температуру ладоней. Изменится ли температура,
если вы потрёте ладони друг о друга? А если вы на 5 секунд приложите ладони к
прохладному оконному стеклу? А если подержите руки возле обогревателя? Пусть каждый
участник эксперимента попробует изменить температуру ладоней, используя разные
способы. Выберите способ, с помощью которого вы постараетесь изменить температуру
своих ладоней. Запишите своё предположение (гипотезу) о том, что при этом произойдёт.
Грамотно сформулировать гипотезу вам поможет следующий пример. Допустим, вы хотите
знать, как остудить горячий суп. Ваше предположение будет следующим: «Думаю, что если
я выставлю тарелку с супом на балкон на 5 минут, то его температура сильно понизится».
Гипотеза:
если я ________________________________________________
______________________ , а затем измерю температуру своей ладони, я думаю,
что температура ________________________________________ .
9. Запишите в таблицу 2 имена участников эксперимента и действие, которое каждый
из них собирается выполнить.
Таблица 2
Различные способы изменения температуры ладоней
Начальная
температура (из
Номер
члена
Имя члена группы
таблицы 1)
группы
Повысилась или
Конечная
температура
понизилась
температура (+
°C
°C
или -)
°C
°C
°C
°C
°C
°C
°C
°C
°C
°C
10. Запишите исходную температуру
ладоней участников эксперимента в столбец
Начальная температура. Эти данные
можно взять из Таблицы 1.
11. Теперь по очереди каждый ученик
сначала нагреет или охладит свои ладони
любым способом (Рис.8), после чего
Рис.8
измерит температуру своих ладоней и запишет результаты измерений в таблицу (если
вашей целью было охладить руку, то на графике найдите самую низкую температуру; если
вы хотели нагреть руку, используйте курсор, чтобы найти наивысшую температуру; внесите
эти показатели в колонку Конечная температура Таблицы 2.
12. Сохраните полученные данные с помощью кнопки Сохранить. Позовите
учителя, он поможет это сделать.
Формирование выводов исследования:
1. Найдите разницу между начальной и конечной температурой, чтобы выяснить,
насколько она повысилась или понизилась. Запишите ответ в Таблицу 2. Если температура
повысилась, поставьте перед числом знак «+» (плюс), а если понизилась, поставьте знак «-»
(минус). Предлагается описать результаты своей работы. Оформить можно в виде
презентации или текстового документа, а затем представить выводы классу. (Рис.7)
2. Удалось ли вам изменить температуру ладони? _______________________
3. Оказалось ли ваше предположение (гипотеза) верным? ________________
Почему да?/Почему нет? _________________________________________________
4. Какое действие вызвало наибольшее изменение температуры?
5. Если бы у вас была
возможность провести этот опыт
ещё раз, какое действие вы бы
выбрали для того, чтобы вызвать
наибольшее
изменение
температуры? _____________________________________________________
6. Почему датчик необходимо
было держать в руке 60 секунд, а
Рис.9
не 10 или 20 секунд? _______________________________________________
Разработать подобную лабораторную работу учителю не всегда просто. В помощь
педагогу созданы различные предметные методические сообщества, важное место среди
которых занимают и сетевые. На страницах сетевого сообщества учителей Edcommunity.ru
осуществляется методическая поддержка учителей – пользователей интерактивных
технологий. Педагоги могут найти здесь лабораторные работы с использованием
измерительных датчиков и не только.
В заключении хочется сказать, что современному учителю необходимо найти свое
информационное пространство, где он может почерпнуть нужные теоретические и
практические знания, необходимо пытаться постепенно внедрять в рабочую программу
уроки, или фрагменты уроков с использованием учебного цифрового оборудования. Сейчас
переходной период, но совсем скоро – это будет обязательным требованием к
образовательному процессу.
Ресурсы:
1. Е.Н. Бабчук, статья «Организация проектной и исследовательской деятельности
школьников в рамках реализации ФГОС». URL: http://kamrcde.ru/url/j2tszp.
2. В.А.Коростелёва, статья «Проблемы географических исследований
школьников» URL: http://www.ecosystema.ru/03programs/publ/korost/1_2_1.htm
3. А.И.Каверина «Передовые педагогические практики». Методическое пособие
для учителей.