Применение цифровой лаборатории на уроках биологии и химии

Применение цифровой лаборатории на уроках биологии и химии.

Начало ХХI в. проходит под знаком модернизации школьного образования.

 Появляются новые педагогические технологии, методики, учебники.

 Совершенствование средств и методов преподавания биологии должно ориентироваться на развитие познавательной деятельности и творческого мышления учащихся, выработку умений применять знания на практике. Для существенного улучшения организации обучения необходимо обращать внимание на такие формы работы, которые активизируют работу учеников. Всё шире в учебный процесс внедряются информационные технологии.

Сейчас компьютеры с проекционными устройствами, интерактивные доски появились во многих школьных кабинетах. Многие уроки биологии проходят с использованием компьютерной техники
К инновационным информационно-коммуникативным средствам обучения на уроках биологии и химии относятся цифровые лаборатории - оборудование и программное обеспечение для проведения демонстрационного и лабораторного эксперимента на занятиях естественнонаучного цикла. Это комплекты оборудования и программного обеспечения для сбора и анализа данных естественнонаучных экспериментов. Широкий спектр цифровых датчиков которые можно использовать учителям и ученикам на уроках и цифровой микроскоп.

. Цифровые лаборатории базируются на NOVA5000 или USB-link – это качественный скачок в становлении современной естественнонаучной лаборатории. Встроенный измерительный интерфейс служит для подключения до 4 цифровых датчиков. В естественнонаучной лаборатории это существенно расширяет спектр видов индивидуальной и групповой деятельности учеников. Все программное обеспечение на русском языке. Методические материалы разработаны российскими методистами и учителями в соответствии с Федеральным компонентом государственного образовательного Стандарта по физике, химии и биологии.

При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет наглядность учебного материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, и повышает интерес к предмету. К сожалению, раньше оборудование для лабораторных работ по  биологии и химии, как правило, ограничивалось микроскопами и набором готовых препаратов или реактивов. Поэтому большинство работ носило лишь описательный характер. Наличие кино- и видеоматериалов по изучаемым темам также не решало проблемы, поскольку не давало возможности детям принимать участие в работе. Цифровые лаборатории являются новым, современным оборудованием для проведения самых различных школьных исследований естественнонаучного направления. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Применение лабораторий значительно повышает наглядность как в ходе самой работы, так и при обработке результатов благодаря новым измерительным приборам, входящим в комплект лаборатории как биологии-химии, (датчики освещенности, влажности, дыхания, концентрации кислорода, частоты сердечных сокращений, температуры, кислотности и пр.), Оборудование цифровой лаборатории универсально, может быть включено в разнообразные экспериментальные установки, проводить измерения в «полевых условиях», экономить время учеников и учителя, побуждает учеников к творчеству, давая возможность легко менять параметры измерений. Кроме того, программа для видеоанализа позволяет получать данные из видеофрагментов, что позволяет использовать в качестве примеров и количественно исследовать реальные жизненные ситуации, отснятые на видео самими учащимися и фрагменты учебных и популярных видеофильмов. 

Думаю, что использование Цифровых лабораторий будет способствовать значительному поднятию интереса к предмету и позволит учащимся работать самим, при этом получать не только знания в области естественных наук, но и опыт работы с интересной и современной техникой, компьютерными программами, опыт взаимодействия исследователей, опыт информационного поиска и презентации результатов исследования. Учащиеся получат возможность заниматься исследовательской деятельностью, не ограниченной темой конкретного урока, и самим анализировать полученные данные. Так, например, при изучении кислотности различных веществ учащиеся смогут самостоятельно сделать вывод, что многие популярные напитки вредны для пищеварительной системы, а при использовании некоторых моющих средств и, тем более, химических реактивов необходимо пользоваться перчатками. 

Применяя цифровые лаборатории на уроках биологии, учащиеся смогут выполнить множество лабораторных работ

• по программе основной школы
• Реакция сердечно-сосудистой системы на дозированную нагрузку
• Действие ферментов на субстрат на примере каталазы…
• Изучение кровообращения
• Дыхательные  функциональные пробы
• Зависимость между нагрузкой и уровнем энергетического обмена
• по программе полной (средней школы)
• Каталитическая активность ферментов в живых тканях
• Приспособленность организмов к среде обитания

и экспериментальных заданий разной длительности, в том числе внеурочных исследований

• В разделе «Биология растений»
• Поглощение воды корнями растений. Корневое давление
• Дыхание корней
• Поглощение листьями на свету СО2 и выделениеО2
• Дыхание листьев
• Испарение воды растениями
• Дыхание семян
• Условия прорастания семян
• Теплолюбивые и холодостойкие растения

• В разделе «Зоология»
• Водные животные
• Теплокровные и холоднокровные животные
• В разделе «Человек и его здоровье»
• Затруднение кровообращения при перетяжке пальца
• Реакция ССС на физическую нагрузку
• Газообмен в легких
• Механизм легочного дыхания. Модель Дондерса
• Жизненная емкость легких. Реакция ДС на физическую нагрузку
• Выделительная, дыхательная и терморегуляторная функция кожи
• В разделе «Общая биология» 
• Действие ферментов на субстрат на примере каталазы. Разложение Н2О2
• Влияние рН среды на активность ферментов
• Факторы, влияющие на скорость процесса фотосинтеза

Применяя цифровые лаборатории на уроках химии, учащиеся смогут выполнить множество лабораторных работ, а также внеурочных исследований, например,

• Изучение процесса электролиза (датчики тока и напряжения).
• Изучение кислотности различных проб водопроводной и бутилированной питьевой и минеральной воды (датчик кислотности).
• Проверка газовых законов.
• Исследование экзотермических (взаимодействие хлорида меди с алюминием) и эндотермических (взаимодействие пищевой соды с лимонной кислотой) реакций.
• Изучение химического катализа (разложение Н2О2 в присутствии MnO2).
• Исследование теплового эффекта горения топлива.

и многие другие

При использовании ЦЛ в демонстрационном эксперименте, опыты становятся настолько эффектны и наглядны, что учащиеся смогут не только быстро понять и запомнить тему, но и найти множество бытовых примеров, подтверждающих полученные выводы, легко ответить на вопросы. Например, в результате опыта с перетяжкой пальца учащиеся сразу поймут, почему мерзнут ноги в тесной обуви, что туго затягиваться ремнем вредно, и почему кровоостанавливающий жгут зимой нельзя накладывать на то же время, что и летом. В результате опыта с теплокровными и холоднокровными животными, учащиеся не только поймут, что мышь потребляет больше кислорода, чем лягушка, но и делают из этого различные заключения: почему теплокровные животные могут жить в местах с холодным климатом, а холоднокровные – нет, почему холоднокровные животные могут очень долго обходиться без пищи и т.д  На уроках биологии могут быть поставлены многочисленные демонстрационные эксперименты, в том числе:

• Газообмен в легких. Дыхательные пробы
• Изменение кровообращения при перетяжке
• Теплокровные и холоднокровные животные
• Изменение давления в водной среде
• Функция венозных клапанов
• Выделительная и терморегуляторная функция кожи
• Реакция сердечно-сосудистой системы на дозированную нагрузку

Также на уроках химии может быть поставлен широкий спектр демонстрационных экспериментов. 
Особо хотелось бы отметить уникальные возможности ЦЛ в изучении экологии. Во всех современных учебных программах все большее внимание уделяется проблемам охраны окружающей среды. А для полноценного изучения этой области крайне необходимы практические занятия и экскурсии. Наличие датчиков кислорода, рН и освещенности (в комплексе с датчиками давления, температуры и влажности) делают ЦЛ «Архимед» незаменимой при проведении экологических исследований в 10 – 11 классах. Важнейшее значение при этом имеет то, что ЦЛ «Архимед» проста в обращении, компактна и относительно автономна.
Во внеурочное время можно провести следующие экологические исследования:

• Измерение освещенности в помещениях школы
• Измерение кислотности различных напитков
• Измерение физических параметров воздуха в помещениях школы
• Влияние проветривания на микроклимат класса
• Влияние кислотности почвы на видовой состав растений.
• Абиотические факторы среды
• Экология урбанизированных территорий
• Определение концентрации кислорода в цветущей воде.
• Содержание кислорода в воздухе различных помещений города

Также следует отметить многофункциональность компьютеров Цифровых лабораторий. Благодаря, широким возможностям коммуникаций, выстраивается современная лаборатория с полноценной сетью, выходом в Интернет и пр. Можно организовывать разноуровневую работу на уроках, индивидуализировать образовательный процесс, повысить эффективность контроля и самоконтроля. 

Таким образом, цифровые лаборатории позволят даже в малочисленных школах поставить естественнонаучное образование на современном техническом и педагогическом уровне.

Юлдашбаева Р.А. учитель биологии и химии.

Уфа, 2014год