Роль эксперимента при формировании естественно-научной грамотности обучающихся на уроках

На современном этапе развития научное исследование представляет собой процесс, в котором экспериментатор проводит реальный опыт, а результаты анализирует с помощью компьютера. Поэтому для реализации научного подхода к изучению предмета, например физики, целесообразно на уроке использовать такое оборудование, с помощью которого учащиеся и учителя могут проводить эксперименты, близкие к научным, исследовательским. Подобный эксперимент можно организовать с помощью цифровой лаборатории (ЦЛ) «Архимед».

Применение цифровой лаборатории «Архимед» при демонстрации. С помощью этого оборудования можно измерять различные физические параметры окружающей среды, использовать при демонстрации экспериментов. Применение лаборатории на уроках приобщает обучающихся к современной научной деятельности. Эксперименты, проводимые с помощью цифровой лаборатории «Архимед» более наглядны и эффективны, это дает возможность лучше понять и запомнить тему. С цифровыми лабораториями можно проводить лабораторные работы, демонстрации, опыты, эксперименты как входящие в школьную программу по освоению предметов естественнонаучной направленности, такие как физика, биология, окружающий мир, так и совершенно новые исследования в проектной деятельности, при написании индивидуальный проектных работ.

«Архимед» – это школьная естественнонаучная лаборатория, в комплект которой входит планшетный компьютер Nova 5000, управляемый мобильной версией популярной операционной системы Windows, программное обеспечение и комплект подключаемых датчиков. С помощью этого оборудования можно измерять различные физические параметры окружающей среды (температуру, силу, освещенность и др.). Благодаря специализированному программному обеспечению MultiLab, ЦЛ «Архимед» осуществляет автоматизированный сбор и обработку сигналов, полученных с датчиков. Данные отображаются в виде графиков на экране компьютера в реальном масштабе времени. Кроме такой формы представления результатов программа позволяет записать полученные данные в табличной форме, которые можно сохранять и в дальнейшем использовать при анализе эксперимента.

Цифровая лаборатория «Архимед» была разработана специально для индивидуальной экспериментальной и исследовательской деятельности обучающихся. Мы считаем, что возможности применения ЦЛ не ограничиваются только индивидуальной деятельностью школьников, но и позволяют использовать этот комплекс в совокупности с оборудованием кабинета физики в демонстрационном эксперименте.

В состав цифровой лаборатории входят следующие компоненты: регистратор данных, позволяющий записывать и анализировать экспериментальные данные; компьютер с программным обеспечением для управления регистратором; датчики для измерения физических величин сопряженные с компьютером. На схеме представлены взаимосвязи между компонентами цифровой лаборатории.

Рис. Взаимосвязь между компонентами цифровой лаборатории

Рассмотрим методику использования ЦЛ «Архимед» при изучении явления интерференции на примере звуковых волн. Для опыта по сложению когерентных звуковых волн понадобится следующее оборудование: два источника звука (динамика ГДШ-0,25), генератор сигнала звуковых волн ФГ-100, цифровая лаборатория «Архимед» с датчиком микрофона (DT008), подключенная к мультимедийному проектору. Динамики подключаются параллельно к выходу звукового генератора для обеспечения когерентности излучения и закрепляются на школьных штативах. Динамики следует разместить в одной плоскости на расстоянии примерно 20 см друг от друга, от динамиков до плоскости перемещения микрофона должно быть примерно 60 см. Динамики воспроизводили звуковые волны частотой 6 кГц, именно на такой частоте была получена наиболее четкая интерференционная картина. Датчик микрофона устанавливают напротив динамиков. При фиксировании изменения громкости звука в пространстве необходимо, чтобы DТ008мог равномерно перемещаться в плоскости, перпендикулярной распространению звуковых волн. Если обеспечить равномерное движение микрофона, то по координате «время» всегда можно определить положение микрофона относительно источников звука. При отсутствии направляющей и электропривода учитель может закрепить датчик микрофона на штативе и перемещать его самостоятельно.

Во время демонстрации учитель включает генератор звука, запускает программу MultiLab в режим записи данных и начинает равномерно перемещать датчик микрофона. При этом на экране отображается изменение амплитуды звукового сигнала в виде графика в координатах «амплитуда – время». В результате обучающиеся наблюдают интерференционную картину звуковых волн. Учителю следует обратить внимание учеников на то, что появление максимумов минимумов связано с перемещением микрофона относительно динамиков. Далее на основе полученных результатов ученики с помощью учителя формируют определение интерференции волн.

Таким образом, цифровую лабораторию «Архимед» можно использовать в демонстрационном эксперименте в комплексе с оборудованием школьного кабинета физики. Кроме того, подобные опыты приобщают обучающихся к современной научной деятельности.