Статья "Эксперименты и исследования с использованием цифровой лаборатории Sensedisc"

Бессараб Татьяна Александровна, учитель биологии МБОУ «СШ № 27»

«Эксперименты и исследования на уроке естественнонаучного цикла и во внеурочной деятельности с использованием цифровой лаборатории Sensedisc»

На сегодняшний день одним из важных условий успешной работы учителя является владение техникой современного учебного эксперимента. При изучении естественных наук, большое значение имеет наглядность изучаемого материала.

Ц ифровые лаборатории SenseDisc — это новое поколение школьных лабораторий, позволяющих сочетать наглядные эксперименты по биологии, физике, химии с преимуществами цифровой регистрации параметров, когда измеряемые данные и результаты их обработки отображаются непосредственно на экране компьютера. Если в кабинете установлен мультимедийный проектор, то экран компьютера во время демонстрационного эксперимента отображает на настенном экране результаты в виде графиков, которые будут видны всему классу.

Лаборатория SenseDisc представляет собой диск с датчиками,
которые присоединяются к корпусу. Работать с ней очень просто: подключаем датчики, к датчикам присоединяем нужные приборы, проводим измерения.

Продолжительность автономной работы цифровой лаборатории более 150 часов.

Программное обеспечение цифровой лаборатории:

• Обеспечивает широкий выбор предустановленных шаблонов для экспериментов.

• Интерфейс в виде множества папок с отрывными листами, стиль отображения может задаваться самостоятельно.

• Функция полного согласования статистики и данных.

• Сохранение настроек для создания шаблона эксперимента.

• Сохранение результата эксперимента и создание проигрываемого файла.

• Уникальный операционный интерфейс, обеспечивающий легкость управления.

МБОУ «СШ № 27» приобрела цифровую лабораториюSenseDisсBiochemistryпо предметам «Химия» и «Биология», которая оснащенавстроенными датчиками (акселерометр, GPS, термометр, барометр)и съемными датчиками (определителькислотно-щелочного баланса, относительной влажности, растворенного кислорода, ЧСС).

Датчик атмосферного давления

(Эксперименты: измерение атмосферного давления; изучение соотношения между точкой кипения жидкости и давлением)

Датчик частоты сердцебиения

( Эксперименты:измерение частоты сердцебиения при различных физических нагрузках)

Датчик света

( Эксперименты: изучение соотношения интенсивности освещения и дистанции; изучение поляризации света)

Датчик относительной влажности (Эксперименты:измерение изменения влажности окружающей среды; гигроскопичность веществ)

Датчик уровня PH

(Эксперименты: кислотно-основное титрование; уровень pH различных растворов; механизм поддержания стабильного уровня pH различными организмами)

Датчик растворенного кислорода (Эксперименты: изучение механизмов дыхания у дрожжевых грибов; изучение свойств растворенного кислорода в различных водных средах; изучение факторов воздействия на процессы фотосинтеза.)

Датчик температуры

( Эксперименты: измерение температуры тел живой и неживой природы; естественное охлаждение воды; охлаждение испаряющейся жидкости)

Датчик электропроводимости

(Эксперименты: сравнение проводимости разных водных растворов; изучение чистоты питьевой воды; соотношение размеров частиц раствора и динамики движения материала)

Щуп для измерения температуры Зонд измерения РН

Зонд измерения влажности Зонд измерения кислорода

К цифровой лаборатории «SenseDisc» прилагается сборник методических рекомендаций для педагога, руководящего проектно-исследовательской деятельностью. Методическое пособие разработано с учетом новых федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС) с целью оказания методической помощи педагогу. Предлагаются темы исследовательских проектов: «Буферные системы», «Газированные напитки», «Жесткость воды», «Азот и его соединения», «Черный чай», «Ферменты» и другие. Для каждого проекта в помощь педагогу сформулированы цели и задачи работы, приведен перечень оборудования, перечислены и описаны примерные этапы работы, предложен перечень литературы.

Исследовательский проект «Лишайники»

с использованием ЦЛ «SenseDisc»

Цель работы: формирование систематизированных представлений о лишайниках.

Задачи работы:

• формирование системы научных знаний о живой природе;

• освоение доступных способов изучения природы;

• приобретение опыта использования методов биологии и проведение несложных биологических экспериментов;

• формирование основ экологической грамотности;

• повышение уровня компетентности обучающихся в области биологии;

• освоение способов решения проблем творческого и поискового характера;

• освоение начальных форм познавательной и личностной рефлексии;

• формирование умения планировать, контролировать, оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей и условиями ее реализации;

• социализация обучающихся.

Оборудование:

• ЦЛ «SenseDisc» с соответствующим набором измерительных датчиков.

• измерительные устройства: встроенные датчики температуры окружающей среды, датчик GPS, барометр, датчик растворенного кислорода, датчик уровня рН, датчик относительной влажности, датчик температуры в эксперименте, датчик звука, датчик УФ-излучения, датчик света.

• компьютер с установленным программным обеспечением SenseDisciLab.

Примерные этапы работы:

1. Постановка проблемы, формулировка гипотез, цели и задач работы. Разработка критериев эффективности выполнения работы.

2. Составление плана выполнения работы, распределение ролей участников. Возможные творческие группы: «Ботаники», «Микологи», «Экологи».

3. Сбор информации о лишайниках: грибном и водорослевом компонентах лишайников и их взаимоотношениях, морфологии и анатомии слоевища, способах питания, химическом составе, роли в природе.

4. Рефлексия, анализ собранной информации, способов и эффективности ее получения. Возможная корректировка плана выполнения работы.

5. Наблюдение за морфологией, размножением, развитием лишайников, а так же состоянием окружающей среды (температурой и влажностью воздуха, уровнем освещенности, интенсивностью УФ-излучения, наличием загрязнения окружающей среды)

6. Сопоставление возможных изменений биологических показателей с измеряемыми показателями абиотических факторов.

7. Получение и презентация продуктов исследования. Оформление результатов в виде фотоальбомов, докладов, стенгазет.

8. Рефлексия, обсуждение результатов, анализ эффективности выполнения работы.

Лабораторная работа «Дыхание семян»

с использованием ЦЛ «SenseDisc»

Цель работы: сравнить интенсивность дыхания проросших семян различных растений по скорости потребления кислорода.

Оборудование и реактивы:

• ЦЛ «SenseDisc» с соответствующим набором измерительных устройств;

• измерительные устройства: датчик температуры в эксперименте, датчик растворенного кислорода;

• штатив;

• колба круглодонная на 50 мл.с резиновой пробкой;

• вода, аэрированная с помощью аквариумного компрессора;

• проросшие семена (10г) подсолнечника, гороха, пшеницы;

• компьютер, планшет, смартфон с предустановленными программным обеспечением SenseDiskiLab.

Параметры измерений:частота-1 замер в секунду, продолжительность-30 минут.

Опыт необходимо проводить в условиях затемнения. Температуру аэрированной воды следует поддерживать на уровне +26℃.

Ход работы:

1.Сформулируйтецель лабораторной работы и гипотезу о возможных различиях интенсивности дыхания проросших семян подсолнечника, гороха и пшеницы.

2. Поместите семена подсолнечника (10г.) в колбу, закрепленную на штативе.

3. Заполните колбу семенами с аэрированной водой, температура которой +26℃.

4. Поместите датчики растворенного кислорода и температуры в колбу. Плотно закройте колбу пробкой.

5. Подключите датчики растворенного кислорода и температуры к регистратору данных SenseDiskiLab.

6. Подключите компьютер (планшет, смартфон) загрузите программу SenseDiskiLab.

7. Проведите регистрацию данных в течение 30 мин. Проверьте соответствие параметров измерений растворенного кислорода и температуры характеристикам изучаемого процесса.

8. Сохраните полученные данные (файл опыта).

9. Повторите пп.2-8, используя семена гороха и пшеницы.

10. Выполните обработку и анализ результатов, для этого:

- откройте экспериментальные данные (файл опыта).

- определите скорость потребления семенами растворенного кислорода, сравните соответствующие величины для семян подсолнечника, гороха и пшеницы;

- ответьте на контрольные вопросы.

11. Проанализируйте, достигнута ли цель лабораторной работы, насколько успешным было её выполнение, подтвердилась ли гипотеза.

12. Сформулируйте, в каких областях могут быть использованы полученные результаты.

Контрольные вопросы:

- Каково биологическое значение клеточного дыхания?

- Какие вещества служат субстратами для дыхания у аэробных организмов?

- Какой фактор обычно лимитирует процесс клеточного дыхания?

Применение цифровой лаборатории на уроках и во внеурочной деятельности дает учителю возможность организовать множество практических работ и экспериментов, помогает детям лучше усвоить изучаемую тему, разобраться в трудных вопросах, повышает интерес к изучаемому материалу.