Использование цифровой лаборатории "Архимед" на уроках физики и во внеурочной деятельности

Цель мастер-класса: продемонстрировать возможности использования цифровой лаборатории “Архимед” на различных этапах урока и во внеурочной деятельности.

• познакомить с результатами апробации экспериментов, предложенных авторами цифровой лаборатории и разработанных самостоятельно;
• организовать практикум по применению цифровой лаборатории “Архимед”, вовлечь участников мастер-класса в экспериментальную деятельность;
• организовать групповую работу по анализу графических данных и интерпретации результатов эксперимента, полученных в ходе работы с лабораторией;
• организовать обсуждение преимуществ и недостатков лаборатории “Архимед” по сравнению с традиционным оборудованием.

• Типовой школьный ПК (оперативная память – не менее 256 Мб, программные требования: MS Office PowerPoint 2007, MS Office Word 2007).
• Интерактивная доска (или проектор, экран).
• Программное обеспечение MultiLab.
• Регистратор данных USBLink.
• Набор цифровых датчиков.

Этапы мастер-класса:

1. Подготовительно-организационный этап

• Оформление демонстрационного стола (установка на ПК программы MultiLab, подключение регистратора данных USBLink и необходимых датчиков к ПК, подключение ИД).

• Оформление рабочих мест участников (установка на ПК программы MultiLab, подключение регистратора данных USBLink и необходимых датчиков к ПК).
• Подготовка раздаточного материала (Приложение 1, Приложение 2).

• Создание проблемной ситуации, мотивирующей на предстоящую деятельность

Наше сегодняшнее занятие я хочу начать с обсуждения учебной ситуации, возникающей на уроке при изучении законов электродинамики, когда перед ребятами в той или иной форме встает вопрос “В какой момент и почему лампы накаливания перегорают чаще всего?”.

Жизненный опыт подсказывает – в момент ее включения, теория доказывает: при включении нить накала находится при комнатной температуре, поэтому сопротивление нити меньше, а сила тока на порядок больше рабочего значения.

Но каким образом зафиксировать скачок тока с помощью традиционного лабораторного оборудования?

• Проведение демонстрационного эксперимента с целью разрешения проблемной ситуации.

Давайте для обнаружения этого скачка, используем датчик тока из набора цифровой лаборатории “Архимед”. (Приложение 3)

Результаты измерений мы получим в виде графика:

Программа MultiLab позволяет зафиксировать протекание этого процесса, измерить величину силы тока в момент скачка, сравнить ее с рабочим значением.

Конечно, использование цифровой лаборатории не ограничено исследованием быстропротекающих процессов, оно позволяет решать целый комплекс учебных задач.

• Формулирование участниками целей и задач мастер-класса, обсуждение регламента и видов деятельности.

Таким образом, целью этого мастер-класса является формирование представлений о возможностях использования цифровой лаборатории на уроках и во внеурочной деятельности.

• Краткое ознакомление (с использованием презентации) с составом цифровой лаборатории “Архимед”, ее техническими возможностями – по необходимости.

В состав лаборатории входят: регистратор данных, программное обеспечение, набор датчиков. Набор датчиков может варьироваться, в зависимости от материальных возможностей школы, целей, которые в своей работе определяет сам учитель. Лаборатория может также укомплектовываться цифровым микроскопом и магнитной мешалкой.

Программа MultiLab цифровой лаборатории “Архимед” позволяет:

• проводить эксперименты на реальном оборудовании (в отличие от виртуальных лабораторий, предлагающих компьютерные модели опытов, лаборатория предполагает работу с реальными приборами);
• выбирать различные способы отображения данных: в виде графиков, таблиц, табло измерительных приборов (в соответствии с требованиями ФГОС интерпретация результатов эксперимента формирует умение анализировать, информацию, представленную различными способами);
• проводить математическую обработку полученных данных с помощью Мастера анализа (на начальном этапе освоения работы с лабораторией можно использовать качественный анализ зависимостей физических величин; “ручное” снятие результатов измерений из графиков, таблиц; частично воспользоваться возможностями Мастера анализа, таких как линейное приближение, статистика, производная и т.д.);
• проводить видеоанализ движения тела на плоскости, зафиксированного в процессе видеосъемки (необходимо снять движущийся объект на видео или вырезать интересующий фрагмент из готового фильма, а затем произвести оцифровку движения);
• вести журнал экспериментов;
• конвертировать данные эксперимента в текстовый формат приложений WORD и EXCEL;
• получать данные от устройства USBLink в режиме реального времени (позволяет повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов);
• синхронизировано воспроизводить видеозапись эксперимента и построение графика процесса (позволяет сократить время, которое затрачивается на проведение фронтального или демонстрационного эксперимента на уроке, т.к. возможно демонстрировать сложные, “капризные”, наиболее эффектные эксперименты, выбранные из множества заранее проведенных и записанных опытов).

• Проведение фронтального эксперимента.

Исследование санитарно-гигиенического состояние кабинета (с помощью датчиков температуры, влажности, освещенности, уровня шума, счетчика Гейгера – Мюллера).

• Организация работы в группах.

• Экспериментальные исследования по предложенным инструкциям (Приложение 1). Анализ и интерпретация результатов исследования, представленных в виде графиков.
• Выполнение тестовых заданий по графикам, полученных с применением программы MultiLab цифровой лаборатории “Архимед” (Приложение 2).

• Подведение итогов мастер-класса, выступление участников, обобщение и выводы.

Тезисы:

Возможности лаборатории “Архимед” позволяют применять ее при организации различных форм работы, как в урочной, так и во внеурочной деятельности.

• Она не только позволяет в новом формате провести программные лабораторные работы, такие как “Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника”, “Вольтамперная характеристика проволочного резистора” и т.д., но и расширяет список традиционных опытов, поскольку в лаборатории есть датчики, которые отсутствуют в оборудовании естественнонаучных кабинетов (датчик индукции магнитного поля, датчик кислотности).
• Незаменима лаборатория при изучении быстропротекающих процессов, таких как зарядка и разрядка конденсатора, затухающие колебания, исследование индукционного тока, наблюдение скачка при включении лампы накаливания и др.
• Наиболее доступно применение цифрового оборудования в исследовательской работе (причем возможно применение в полевых условиях), при проведении элективных курсов, при постановке демонстрационных экспериментов в классе для установления зависимостей изучаемых величин от различных параметров, дополняя (а не отменяя!) аналоговые приборы.

Однако:

• Процесс внедрения лаборатории в практику сопряжен с различными проблемами: нужна поддержка соответствующих технических специалистов, лаборантов, учет множества деталей и обстоятельств, способных повлиять на корректную работу приборов, объемное руководство к самой “Лаборатории” и т.д.
• Освоение такого рода техники более успешно в творческих группах заинтересованных учителей. Следовательно, создание таких групп, создание условий для обмена опытом является необходимым условием для быстрого и успешного внедрения оборудования в образовательный процесс в учебных заведениях.
• Фронтальные лабораторные работы требуют оснащения каждого рабочего места учащихся компьютером и соответствующим набором датчиков, что, на данный момент, по понятным причинам, проблематично.
• Рекомендованные “руководством” эксперименты требуют адаптации к действующим учебным программам, упрощения техники их выполнения.

1. Дунин С.М., Федорова Ю.В. “Живая физика” плюс цифровая лаборатория “Архимед” (материалы Педагогического марафона – 2005) // Физика. Приложение к газете “Первое сентября”. – 2005. – № 11.
2. Цифровая лаборатория Архимед 4.0. Справочное пособие. Перевод и издание на русском языке ИНТ (Институт новых технологий). Москва 2009.
3. Ханнанов Н.К., Федорова Ю.В., Панфилова А.Ю., Казанская А.Я., Шаронова Н.В Компьютер в системе школьного практикума по физике. Книга для учителя. Фирма “1С”. 2007.
4. Ю. В. Федорова, А. Я. Казанская, А. Ю. Панфилова, Н. В. Шаронова, Лабораторный практикум по физике с применением цифровых лабораторий. Книга для учителя. Москва “Бином”. 2012.