«Возможности Цифровой лаборатории Еinstein™ Tablet и Tablet+. при организации проектной деятельности.»
методическая разработка по физике

 «Возможности Цифровой  лаборатории  Еinstein™ Tablet  и Tablet+. при организации проектной деятельности.»

СОДЕРЖАНИЕ

І. Обоснование: Актуальность темы      ……………………………………3 стр

ІІ. Основная часть

1. Возможности Цифровой лаборатории  Еinstein™ Tablet  

при организации проектной деятельности………………………...5 стр

2. Рекомендации по организации проектно-исследовательской

деятельности…………………………………………………………..8 стр

3. Три уровня организации исследовательской деятельности..........13стр
4. Цифровая лаборатория еinstein™ Tablet+ как средство

превращения фронтальной работы в проект – исследование……16стр

5. Основные приемы работы с графиками в программе MiLab…….17стр
6. Методика проведения проектно-исследовательской работы «Исследование характеристик движения тележки, установленной

на наклонной плоскости»……………………………………………...18стр

7. Методика проведения проектно-исследовательской работы

«Измерение калорийности продуктов питания»……………………21стр

8. Методика проведения проектно-исследовательской  работы «Исследование магнитного поля Земли» ……………………………..25стр

ІII.Заключение …………………………………………………………………29 стр

IV. Библиография ……………………………………………………………...30стр    

Актуальность темы:

В современной жизни невозможно представить отрасль человеческой деятельности без применения информационных технологий, т.е. технологий переработки информации на базе компьютерных вычислительных систем. И все активнее и прочнее информационные технологии входят в школьное образование. В процесс информатизации в последние годы успешно вовлекаются естественнонаучные дисциплины, в том числе и физика. Это выражается и в появлении электронных учебников и энциклопедий, и в использовании новых информационных технологий в качестве средства творческого развития обучаемых. В этих условиях весьма важной представляется организация работы учащихся с цифровыми инструментами различного рода, что обеспечит современное качество образования на основе сохранения его фундаментальности и соответствия актуальным перспективным потребностям личности, общества, государства.

Создание и развитие информационного общества (ИО) предполагает широкое применение информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовании, что определяется рядом факторов:

-внедрение ИКТ в образование существенным образом ускоряет передачу знаний и накопленного технологического и социального опыта человечества не только от поколения к поколению, но и от одного человека другому.

 -современные ИКТ, повышая качество обучения и образования, позволяют человеку успешнее и быстрее адаптироваться к окружающей среде и происходящим социальным изменениям. Это дает каждому человеку возможность получать необходимые знания как сегодня, так и в будущем постиндустриальном обществе.

 -активное и эффективное внедрение этих технологий в образование является важным фактором создания системы образования, отвечающей требованиям ИО и процессу реформирования традиционной системы образования в свете требований современного индустриального общества. Информационные технологии - представление в электронном виде, обработка и хранение информации, но не обязательно ее передача. ИКТ-серия действий и технологий, возникающих благодаря объединению ИТ и коммуникационных технологий. Коммуникационная технология- передача информации посредством общения.

   Сегодня очень важно вооружить учащегося не столько знаниями, сколько способами овладения ими. При проведении предлагаемых работ формируются универсальные умения и навыки, которые позволяют ученику применять свои знания в нестандартных ситуациях.

     Ожидаемыми результатами обучения являются: повышение эффективности учебного процесса, формирование элементов экологической культуры, формируется ИКТ-грамотность, формирование исследовательских умений и осуществление развития творческой  личности ученика.

Новизна:

     Формируется понятие научного способа познания при проведении исследовательской деятельности с помощью информационно-коммуникационных технологий.

Современная школа ставит задачу формирования новой системы универсальных знаний, умений и навыков, а также опыта самостоятельной деятельности и личной ответственности обучающихся, т. е. современных ключевых компетенций, которые и определяют новое содержание Российского образования. Школа должна содействовать успешной социализации молодежи в обществе, ее активной адаптации на рынке труда, освоению базовых социальных способностей и умений, приобщению учащихся к творческой и исследовательской деятельности.

Сегодняшняя социальная ситуация диктует потребность в выпускнике школы, как личности творчески саморазвивающейся, способной реализовать свои индивидуальные запросы, решать проблемы общества. В связи с переходом российских школ на новые образовательные стандарты, в которых учебно-исследовательской работе учащихся отводится значительная роль, актуальным является развитие и стремительная пропаганда творческой и исследовательской деятельности, что особенно важно в изучении физики, поскольку на ступени школьного физического обучения закладываются основы мировоззрения, естественно - научной культуры личности.

Основная часть

1. Возможности Цифровой лаборатории  Еinstein™ Tablet  и Tablet+.  при организации проектной деятельности.

Наиболее доступной для разрешения вопросов мотивации школьников к учению выступает проектно-исследовательская деятельность, основной функцией которой является инициирование учеников к познанию мира, себя и себя в этом мире. Прое́кт — это уникальная деятельность, имеющая начало и конец во времени, направленная на достижение определённого результата, по готовым алгоритмам и схемам действия. Проектно-исследовательская деятельность  связана с открытием новых для учащегося явлений, связей, закономерностей. Проектно -исследовательская деятельность на уроке и во внеурочное время - одна из форм организации процесса обучения. В отличие от практикума, проектно-исследовательская деятельность осуществляется в несколько основных этапов: постановка проблемы, изучение теории, подбор методик исследования и практическое овладение ими, сбор собственного материала, его анализ и обобщение, собственные выводы. Исследовательский метод очень важен в обучении и рассматривается как один из основных путей познания (И.Я.Лернер, М.Н. Скаткин).

Активизирующую роль в организации современной исследовательской деятельности играет новое оборудование, основанное на компьютерных технологиях. 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 изучаемому предмету. К сожалению, раньше оборудование для лабораторных работ по физике, как правило, ограничивалось наборами демонстрационного оборудования. Снимая показание на аналоговом приборе, приходится самостоятельно округлять значение измеряемого параметра до ближайшей риски шкалы прибора или до половины цены деления, а в некоторых случаях для снятия показаний требуется считывать параметры с нескольких шкал. Применение простых средств фото, видео и аудиофиксации, а также процесс снятия показаний занимает большее время, требует соответствующего навыка и квалификации от наблюдателя. И в случае пренебрежения этими условиями, качество эксперимента и точность полученных данных будут сомнительны.

Теперь, с широким внедрением информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) в образовательный процесс, стали появляться новые возможности. Перспективы развития учебного оборудования новейшего поколения отечественных и зарубежных производителей связаны с развитием компьютеризированного эксперимента, с привлечением учащихся к предметной учебно-исследовательской работе на уровне современных физических исследований, с развитием электронных средств коммуникации. Применение цифровых систем вносит революционные коррективы в научную исследовательскую практику.

Альтернативой интерактивным проектным средам являются цифровые лаборатории (ЦЛ). Новые условия развития образования, реализация федеральных и региональных целевых программ и проектов вызывают необходимость создания и установки в школах цифровых лабораторий, которые позволят:

- перевести школьный практикум естествознания на качественно новый уровень;

- подготовить учащихся к самостоятельной творческой работе в любой области

знаний;

- осуществить приоритет деятельностного подхода к процессу обучения;

- развить у учащихся широкий комплекс общих учебных и предметных умений;

- овладеть способами деятельности, формирующими познавательную, информационную, коммуникативную компетенции.

Представителем современных ЦЛ является Цифровая лаборатория  Еinstein™ Tablet  и Tablet+. Это новое поколение естественно - научных лабораторий, оборудование для проведения широкого спектра исследований, демонстраций, лабораторных работ. Входящие в состав цифровой лаборатории Цифровая лаборатория Еinstein™ Tablet  и Tablet+ цифровые образовательные ресурсы и цифровые лабораторные комплексы направлены на выполнение следующих задач:

- комплексное использование материально-технических средств обучения на основе современных технико-педагогических принципов;

- переход от репродуктивных форм учебной деятельности к самостоятельным,

поисково-исследовательским видам работы;

- перенос акцента на практико-ориентированный компонент учебной деятельности;

- формирование коммуникативной культуры учащихся.

Цифровые лаборатории работают в школах Москвы и некоторых регионах России около 10 лет, и за это время стали привычными, необходимыми. Это оборудование и программное обеспечение для сбора и анализа данных естественнонаучных экспериментов. Широкий спектр цифровых датчиков используют учителя и ученики на уроках физики, химии и биологии, географии.  Это датчики расстояния и силы, температуры и давления, тока, напряжения, освещенности, звука, магнитного поля, а также кислорода, кислотности, частоты сердечных сокращений, дыхания, влажности и другие.

     Изменяется место цифровых лабораторий в учебном процессе. Раньше данное оборудование предназначалось только для ученического эксперимента (лабораторные работы, практикум, полевые исследования), теперь это и мощный инструмент для проведения демонстраций. Если в начале накомпьютер можно было только регистрировать данные и визуально их анализировать, то теперь программа анализа и обработки данных установлена прямо на компьютере, что позволяет ученикам выполнять сложную математическую обработку результатов измерений. Соединение  компьютера с измерительным интерфейсом с помощью беспроводной связи снимает пространственные ограничения при проведении опытов.

     Цифровые лаборатории нового поколения– это качественный скачок в становлении современной естественнонаучной лаборатории.

2.Рекомендации по организации проектно-исследовательской деятельности:

     Исследовательскую деятельность можно использовать как в ходе урока, так и в работе объединений дополнительного образования. Успех исследования  неотделим от своего носителя – педагога, вопрос о его личности как совокупности творческих, педагогических, психологических и коммуникативных качеств,  приобретает наиболее важное значение.       Сегодня, в современном постиндустриальном информационном обществе  ученику необходимы  ИКТ-компетентные учителя. Техническое оснащение школ может внести корректировки в проведение исследований, при этом возможны потери в качестве результатов, но это не помешает формированию универсальных исследовательских умений и навыков.

Цифровая лаборатория еinstein™ Tablet+ включает в себя усовершенствованный планшетный компьютер еinstein на платформе Android OS с 8 встроенными датчиками и с разъемами для подключения 8 внешних датчиков. Предоставляет возможность проводить увлекательные естественно-научные эксперименты как в помещении школы, так и за ее пределами, демонстрировать эксперимент всему классу, подключив регистратор к мультимедийному проектору.

Регистратор данных еinstein™ Tablet+ с программным обеспечением MiLAB способен одновременно регистрировать данные, поступающие с 16 датчиков (используя разные способы соединения), производить до 100 000 измерений в секунду, осуществлять передачу данных посредством беспроводных соединений Wi-Fi и Bluetooth.

В Регистратор данных еinstein™ Tablet+ встроены 8 датчиков: влажности, ЧСС, температуры, освещенности, ультрафиолета, звука, местоположения и акселерометр.

 Возможна поставка регистратора с минимальным набором встроенных датчиков (еinstein™ Tablet) – GPS,микрофон, аксселерометр, при этом одновременно можно будет работать с 11 датчиками. Всего в комплект лаборатории может входить до 65 датчиков различного назначения.

рисунок 1.

Технические характеристики

• Программное обеспечение на платформе Android OS
• 100 000 измерений в секунду 
• Двухядерный процессор 
• 7-дюймовый сенсорный экран 
• Встроенная флэш-память (4 Гб) 
• Внешняя память Micro SD Card (до 32 Гб) 
• WiFi 802.11 b/g/n, Bluetooth
• HDMI 
• Две встроенные Web-камеры 
• Аккумуляторная батарея (8 ч)
• Поддержка форматов: MP3, OGG, AAC, FLAC, MP2, WAV, M4A, WMA, BMP, PNG, JPG, RM, RMVB, AVI
• Лаборатория для средней школы использует программу MiLab.

Программное обеспечение MiLAB – инструмент для профессионального анализа экспериментальных данных имеют простой, удобный, интуитивно понятный школьникам интерфейс. 

рисунок 2.

Основные возможности:

• Несколько режимов отображения данных: графический, табличный, панель измерительных

приборов, спутниковая карта

• Возможность перетаскивания открывающихся окон

• Пользовательские настройки отображения информации

• Проведение измерений в масштабе реального времени

• Поддержка более 65 датчиков Fourier

• Беспроводная связь с NOVA AIR

• Поддержка GPS при проведении экспериментов, привязанных к местности

• Усовершенствованная система поиска

• Простой и интуитивно понятный интерфейс

• Функция создания комментариев к экспериментам

• Функции экспорта и публикации данных

• Поддержка различных типов мобильных устройств на платформе Android (планшетные компьютеры и смартфоны) с любым размером экрана

Таким образом Цифровая лаборатория Einstein позволяет сформировать лаборатории, удовлетворяющие педагогическим задачам каждого учителя. Используя различные цифровые датчики, можно проводить широкий спектр исследований, демонстрационных и лабораторных работ, а также осуществлять научно-исследовательские проекты, способствующие решению и освоению межпредметных задач.

Ученик имеет возможность создать на нем с помощью стандартных офисных программ ( аналогичным и совместимым с Word, Excel, Power Point) творческие работы и отчеты о своей деятельности, хранит фотографии, данные экспериментов, с помощью мультимедиа проектора представить свои работы классу, выход в Интернет, используя беспроводную связь WiFi. В естественнонаучной лаборатории это существенно расширяет спектр видов индивидуальной и групповой деятельности учеников.

На уроке можно демонстрировать работы с помощью цифровой лаборатории, которые могут вызвать интерес у всех учащихся, привлечь к работе других учащихся и которые укладываются в тему урока физики, географии, биологии, химии. К планшетному компьютеру  подключаются датчики, необходимые для проведения эксперимента и проводится работа в демонстрационном режиме, выводя результаты исследований на экран через мультимедийный проектор в виде графиков и таблиц. Можно использовать цифровую лабораторию в работе отдельной группы учащихся, а также с целым классом при проведении фронтальной лабораторной работы, при этом рекомендуем обучить консультантов из учеников, которые  в ходе урока будут помогать учителю. Результаты общих работ на уроке могут быть оформлены в виде таблицы и вывешиваются в классе.
       Во внеурочной деятельности исследования проводятся с учащимися, которые приходят на объединение дополнительного образования, элективные курсы, индивидуальные групповые занятия. . Продумывается ход эксперимента, готовится необходимое оборудование (в том числе компьютер c необходимыми датчиками), проводятся неоднократные замеры, сохраняются результаты, анализируются, оформляются работы  на планшете, или на ноутбуке, или настольном ПК в программах Word, Excel, Power Point. Исследования проводятся на качественно новом уровне: регистрируется не только конечный результат, но и весь процесс изменения параметров. Информация сохраняется в  виде графика и при необходимости ее можно продемонстрировать еще раз. Режим измерений  может быть и очень кратким (сотые доли секунды),  и долгосрочным (несколько дней).

Основная задача учителя - научить ученика самостоятельно проводить исследование, применять знания в новых нестандартных ситуациях, находить причины и следствия процессов,  уметь прогнозировать, а для этого надо сформировать исследовательские умения учащегося. Это сложно и требует большого времени. Применяются общенаучные методы – опыт, эксперимент, наблюдение, моделирование, анализ,  обобщение, классификация.

При организации исследовательской деятельности  применяются приемы (ОУУН):

1. Организационные: оформление тетрадей, рисунков, таблиц, практических работ, контурных карт, распределение обязанностей в группе, алгоритмизация (последовательность) выполнения работы.
2. Коммуникативные: работа в паре и группе.
3. Информационные: поиск и отбор информации.
4. Интеллектуальные: описание, анализ, сопоставление, сравнение,  обобщение, формулирование выводов, составление алгоритма работы, установление причинно-следственных связей, классифицирование, выделение опорных слов, составление таблиц, схем, рисунков, решение задач.
5. Рефлексивные: самооценка, самоанализ, самоконтроль, взаимный контроль, оценивание работы других.

Для формирования ОУУН можно использовать алгоритм формирования понятия:

1. Определение понятия
2. Эмпирическая отработка понятия (описание, наблюдение)
3. Теоретический уровень (объяснение)
4. Проект
5. Реализация

3.Три уровня организации исследовательской деятельности.

1. Уровень развития и становления исследовательской деятельности учащихся. Организация совместной с учителем исследовательской деятельности учащихся по изучению и решению проблем с частичным переносом прежних знаний в новы ситуации. Мотивационно - целевой компонент  реализуется учителем с опорой на предшествующий опыт учеников. Полусамостоятельная деятельность учащегося. Учитель- организатор, координатор, помощник.
2. Уровень организации учебной деятельности – исследовательский. Проводится организация самостоятельной исследовательской деятельности учащихся по изучению проблем, активизация поисковой деятельности учащихся. Мотивационно - целевой компонент реализуется совместно с учителем. Деятельность ученика - самостоятельная исследовательская, учитель-организатор (координатор действий).
3. Уровень - творческий. Организация самостоятельной исследовательской деятельности учащихся творческого характера по решению проблем. Ценностно-мотивационный компонент реализуется учеником полностью. Творчески самостоятельная деятельность учащихся. Учитель прилагает лишь характер общих усилий.

     План организации учебной деятельности                        таблица 1.

4. Цифровая лаборатория еinstein™ Tablet+ как средство превращения фронтальной работы в проект – исследование.

     Цифровая лаборатория еinstein™ Tablet+ , внедряемая в учебный процесс, дает возможность учащимся 9-11 классов не только выполнять обязательный лабораторный практикум по физике, но и принимать участие в создании собственных исследовательских проектов, защищать эти проекты на различных конференциях. Для создания таких проектов учащиеся могут исследовать различные физические явления, осваивоить компьютерную обработку результатов физического эксперимента используя навыки работы с прикладными программами для создания презентаций, а также могут создать WEB – страницу с HTML-версией своего проекта на школьном сайте  или в любой социальной сети.

Диапазон тем, предлагаемый Цифровой лабораторией еinstein™ Tablet+ 

1. Раздел «Механика»:

• «Движение по наклонной плоскости»
• «Исследование Второго закона Ньютона»
• «Проверка второго закона Ньютона в применении к импульсу тела»
• «Исследование коэффициента трения покоя»
• «Исследование ускорения свободного падения и проверка справедливости формулы зависимости расстояния от времени при свободном падении»
• «Исследование движения груза на пружине, колеблющегося в вертикальном направлении»

2. Раздел «Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика»

• «Исследование соотношения между давлением и температурой газа»
• «Исследование соотношения давления и объема газа, заключенного в плотно закрытом сосуде»
• «Исследование изменения температуры воды в процессе ее плавления и кристаллизации»
• «Исследование влияния примесей на температуру кристаллизации»
• «Исследование калорийности продуктов питания»
• «Исследование теплового эффекта сгорания топлива»

3. Раздел «Электричество и магнетизм»

• «Исследование ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока
• «Исследование  зависимости  напряжения и силы тока при зарядке и разрядке конденсатора. Экспериментальное определение величины   1/RC»
• «Изучение магнитного поля Земли»
• «Исследование электромагнитных колебаний в закрытом колебательном конкуре»

4.Раздел «Звук и свет»

• «Измерение скорости звука в различной среде»
• «Исследование интерференции звуковых волн»

5. Основные приемы работы с графиками в программе MiLab

• Чтобы выделить график, или увидеть значение координат его точек, или вызвать на экран его ось  Y , нажмите на любую точку этого графика. Значение координат этой точки показываются внизу поля графиков, под осью Х.
• Чтобы перемещать курсор по графику, просто перетаскивайте его вдоль кривой графика.
• Чтобы удалить курсор, нажмите на него и  «смахните» его с экрана в любом направлении.
• Чтобы выделить участок графика или увидеть значение разности координат двух его точек, нажмите на две точки графика. Значение разности координат этих точек показыаются внизу поля графиков, под осью Х.

6. Методика проведения проектно-исследовательской работы «Исследование характеристик движения тележки, установленной на наклонной плоскости»

раздел «Механика» , «Движение по наклонной плоскости»

Обоснование

Движение тела, помещенного на наклонную плоскость, можно описать с помощью второго закона Ньютона, следствием которого является уравнение:

тр

Тело будет двигаться вниз по наклонной плоскости с постоянным ускорением, если тр , или равномерно – после небольшого толчка, если тр.

Исследуем характеристики движения тележки, установленной на наклонной плоскости.

Схема экспериментальной установки

Оборудование и материалы

• планшет Еinstein™ Tablet  с программой MiLab
• Датчик расстояния
• Тележка
• Экран – картонка размером 10х10 см
• Гладкая наклонная плоскость с ограничителем
• Лабораторный штатив (2 шт)

Подготовка эксперимента

1. Собераем экспериментальную установку в соответствии с вышеприведенной схемой.
2. Закрепляем датчик расстояния в штативе у нижнего конца наклонной плоскости на расстоянии 40 см от него так, чтобы прямая, перпендикулярная плоскости датчика проходила параллельно наклонной плоскости и соединяла датчик с флажком на тележке.
3. На нижнем краю наклонной плоскости установим ограничитель, который не должен перекрывать луч, проходящий между датчиком и тележкой.
4. Проверяем, что расстояние между тележкой и ограничителем перед началом движения превышает 50 см.
5. Подключаем датчик к одному из портов внешних датчиков на планшете.
6. Запускаем  программу MiLab.
7. Активируем датчик нажатием на кружок слева от его имени   в списке датчиков. Галочка в таком кружке означает, что он активирован.
8. Устанавливаем следующие параметры измерений:

Проведение эксперимента

1. Установим тележку на верхнем конце наклонной плоскости.
2. Начинаем  регистрацию данных. Для этого нажимаем на кнопку Пуск на панели экспериментов  MiLab. Показания датчика отображаются на экране в виде графика.
3. Отпускаем тележку.
4. Когда тележка достигнет конца наклонной плоскости (ограничителя), останавливаем регистрацию, нажав кнопку Стоп. 

Примерный вид графика

Вторая, третья и другие параболы на графике соответствуют движению тележки после упругого отражения ее от ограничителя.

5. Сохраняем результат, нажав кнопку Сохранить .

Анализ результатов эксперимента

1. Чтобы получить график скорости, проводим  операцию дифференцирования. Выделяем участок графика, нажимаем кнопку Мастер анализа и в разделе Математические функции выбираем пункт Производная.  

Примерный вид графика

Полученный график скорости состоит из прямых отрезков, что указывает на постоянство ускорения.

2.   Чтобы получить график ускорения, производим дифференцирование графика скорости. Для этого при помощи двух курсоров выделяем участок графика скорости, соответствующий первому спуску тележки, нажимаем кнопку Мастер анализа и в разделе Математические функции выбираем пункт Производная. По графику определите значение ускорения на этом участке.

3.   Повторяем  ту же процедуру на участке графика, соответствующему одному из «отскоков тележки», что бы проверить, равно ли ускорение при движении вверх ускорению при движении вниз.

Дополнительные исследования, которые  можно предложить учащимся.

1. Определяем коэффициент трения между тележкой и плоскостью:
2. С помощью программы MiLab получаем формулу перемещения тележки по наклонной плоскости. Прямолинейное перемещение с постоянным ускорением описывается формулой  Х= Х0 + V0t + at2 , где

Х- текущее положение тележки, Х0 – исходное положение тележки, t – время, а – ускорение, V0 – начальная скорость тележки.

Чтобы определить все коэффициенты этой формулы (Х0 , V0 , a), достаточно знать ее значения в трех точках. Тогда для определения коэффициентов надо решить систему трех линейных уравнений с тремя неизвестными:

Где X и  t с индексами 1, 2 и 3 являются координатами трех точек на графике зависимости положения тележки от времени.

На графике перемещения тележки ( на участке спуска) определяем при помощи курсора координаты трех любых точек и выводим формулу движения, решив вышеприведенную систему уравнений.

7. Методика проведения проектно-исследовательской работы «Измерение калорийности продуктов питания»

раздел «Молекулярно-кинетическая теория и термодинамика»

Обоснование.

Для поддержания жизнедеятельности человеку необходима энергия, которая поступает в его организм при «сгорании» потребляемой им пищи. В данном исследовании мы будем определять энергетическую ценность пищи – удельное количество энергии в кДж/г, выделяемой при сгорании трех образцов продуктов питания. Например можно взять попкорн, алтей, арахис. Эта энергия нагревает известную массу воды, которую можно рассчитать с помощью уравнения:
 

где  Ср – удельная теплоемкость воды,  -  изменение температуры воды,

m – масса воды, Q – количество поглощенного тепла.

Удельное количество энергии, содержащейся в пище, получается путем деления количества энергии, затраченной на нагрев воды, на массу сгоревшего продукта:  Епищи = Q/mпищи, где Епищи – удельное количество энергии, содержащейся в пище, mпищи – масса сгоревшей пищи.

Схема экспериментальной установки

Оборудование и материалы

• планшет Еinstein™ Tablet  с программой MiLab
• Датчик температуры
• Штатив с кольцевым кронштейном
• Банка для образца продукта питания (≤ 50 мл)
• Банка для воды (100-200мл)
• Три образца продуктов питания ( попкорн, алтей, арахис или другие)
• Весы
• Стеклянные палочки для перемешивания воды (2 шт)
• Мерный цилиндр
• Холодная вода
• Спички

Подготовка эксперимента

1. Монтируем экспериментальную установку в соответствии со схемой, представленной на рисунке.
2. Подключаем датчик к одному из портов внешних датчиков на планшете.
3. Запускаем  программу MiLab.
4. Активируем датчик нажатием на кружок слева от его имени   в списке датчиков. Галочка в таком кружке означает, что он активирован.
5. Устанавливаем следующие параметры измерений:

Проведение эксперимента

1. Определяем массу пустых банок для воды и продуктов.
2. Определяем массу образца продукта питания.
3. Наливаем в предназначенную для этого банку 50 мл воды.
4. Положим образец пищи в предназначенную для этого банку. Чтобы образцы легче горели, их предварительно надо измельчить ( особенно  арахис).
5. Устанавливаем банку с образцом пищи непосредственно под банку с водой.
6. Помещаем датчик температуры в воду (он не должен касаться дна банки).
7. Начинаем перемешивать воду в банке.
8. Начинаем регистрацию данных нажав кнопку Пуск. Показания датчиков будут отображаться на экране в виде графика.
9. Примерно через одну минуту поджигаем спичкой образец пищи.
10. Продолжая перемешивать воду до тех пор, пока не прекратится рост ее температуры. Останавливаем регистрацию, нажав кнопку Стоп.
11. Сохраняем данные опыта, нажав кнопку Сохранить .
12. Повторяем аналогичное исследование ( выполняя п.п.2-11) для двух других образцов пищи.

График  «Изменение температуры воды при сжигании образцов пищи»

Анализ  результатов эксперимента

1. Находим изменение температуры воды  в процессе сгорания каждого образца пищи.
2. Рассчитываем с помощью уравнения     количество тепла Q , поглощенного водой.
3. Определяем массу образца, оставшегося после горения, и находим разность между ней и исходной массой образца. При этом получаем mпищи – массу сгоревшей пищи.
4. Определяем  по формуле Епищи = Q/mпищи  удельное количество энергии в кДЖ/г, содержащейся в пище равное количеству тепла, поглощенного водой при сгорании 1 г продукта.

В результате проведенных исследований учащиеся должны ответить на следующие вопросы:

1. В каком из исследуемых продуктов запасено больше энергии.

2.Сколько энергии (в калориях, 1 кал =4,18лДж) заключено в пакетике с 50 г арахиса.

3.Известно, что в арахисе содержится больше всего жира, а в попкорне и алтее – углеводов. Какой общий вывод вы можете сделать на основе полученных результатов о запасе энергии в жирах и углеводах?

8.Методика проведения проектно-исследовательской  работы «Исследование магнитного поля Земли»

Раздел «Электричество и магнетизм»

В данном исследовании изучается магнитное поле Земли, определяется величина и направление индукции магнитного поля Земли, а также наклон его силовых линий.

Схема эксперимента

Оборудование и материалы

• планшет Еinstein™ Tablet  с программой MiLab.
• Датчик магнитной индукции.
• Компас.
• Транспортир
• Уровень и отвес
• Лист бумаги
• Липкая лента

Подготовка эксперимента

1. Для точного ориентирования горизонтального вращения датчика проверяем горизонтальность поверхности стола с помощью уровня и правильно устанавливаем ее, если это требуется.
2. Для точного ориентирования вертикального вращения датчика укрепляем отвес.
3. Лист бумаги закрепляем на столе липкой лентой, отмеряем центр вращения.
4. Подключаем датчик к одному из портов внешних датчиков на планшете.
5. Запускаем  программу MiLab.
6. Активируем датчик нажатием на кружок слева от его имени   в списке датчиков. Галочка в таком кружке означает, что он активирован.
7. Устанавливаем следующие параметры измерений:

Проведение эксперимента

1. Определяем в кабинете место, по возможности наиболее удаленное от ферромагнитных материалов и магнитных полей. Пространство кабинета должно позволять поворачивать датчик на 360 градусов в вертикальной и горизонтальной плоскости.
2. Начинаем регистрацию данных. Для этого нажимаем кнопку Пуск. Показания датчика будут отображаться на экране в виде графика.
3. Поворачиваем датчик магнитного поля на полный оборот в горизонтальной плоскости ( в плоскости стола вокруг центра, обозначенного на листе бумаги) при этом наблюдаем построение графика изменения магнитного поля от времени.
4. Находим положение, в котором сигнал максимален, отмечаем его на листе бумаги. Сравниваем отмеченное положение с положением стрелки компаса. Устанавливаем датчик в вертикальной плоскости, проходящей через отмеченное положение. После этого поворачиваем датчик на полный оборот в  этой плоскости, ориентируясь по отвесу.
5. Измеряем транспортиром угол наклона датчика к горизонту при максимальном значении индукции магнитного поля Земли.
6. Останавливаем регистрацию, нажав кнопку Стоп.
7. Сохраняем данные опыта, нажав кнопку Сохранить .

Примерный вид графика зависимости магнитной индукции от времени

Анализ результатов эксперимента

1. С помощью двух курсоров определяем разность между максимальным и минимальным значениями индукции при горизонтальном вращении датчика. В информационной панели окна графика находим значение выделенного интервала по оси Y.  Эта величина вдвое превышает значение горизонтальной компоненты магнитного поля Земли. Записываем эту величину в тетрадь.
2. Чтобы лучше рассмотреть данные, полученные при вертикальном вращении датчика, движением пальца увеличиваем соответствующий участок графика.
3. С помощью двух курсоров определяем разность между максимальным и минимальным значениями индукции при вращении датчика в вертикальной плоскости. В информационной панели окна графика находим значение выделенного интервала по оси Y. Эта величина вдвое превышает значение индукции магнитного поля Земли. Записываем эту величину в тетрадь.
4. Используя два последних значения для определения угла наклона магнитного поля Земли. Косинус угла наклона будет равен отношению разности между максимальным и минимальным значениями индукции при горизонтальном вращении датчика и разности между максимальным и минимальным значениями индукции при вертикальном вращении датчика.

Вычисляем величину угла, зная его косинус и записываем это значение в тетрадь. Сравниваем вычисленное значение со значением угла, измеренным с помощью транспортира.

Заключение

В заключение хочется еще раз подчеркнуть, что применение цифровых лабораторий в учебной и исследовательской деятельности позволяет привнести в него не только индивидуализацию и дифференциацию образования, стать средством определения индивидуального образовательного маршрута с учетом способностей и интересов ученика, но и быть реальной основой интеграции основного и  дополнительного образования, что является условием развития личности ученика и его способностей. Совмещение исследовательских проектов с широкими коммуникативными возможностями сети ИНТЕРНЕТ раскрывает интересные перспективы перед учителями–предметниками и может использоваться в преподавании предметов естественнонаучного цикла.

Несомненно, цифровые исследования это технологический прорыв в области современной экспериментальной науки, но следует предвидеть риски, которые могут  возникнуть в образовательной практике при переходе от аналогового эксперимента к  цифровому. В основе всякого цифрового прибора лежит некий старый физический принцип измерения и аналоговый прототип. Аналоговые приборы в методическом плане ближе для понимания сути самого процесса измерения. Цифровая лаборатория – «черный ящик» и по моему мнению не всегда  соответствует требованиям, применяемым к демонстрационным приборам. При всем своем универсализме цифровая лаборатория способна измерять только в тех режимах и те параметры, которые предусмотрены ее разработчиками. В природе мы можем столкнуться с такими процессами, для которых мы не найдем цифрового прототипа и нужно будет использовать аналоговый прибор, или потребуется конструировать принципиально новый.

Библиография:

Основная

1. Боровских А.В., Розов Н.Х. Деятельностные принципы в педагогике и педагогическая логика. Москва. МАКС Пресс. 2010.
2. Давыдов В.В. Проблемы развивающего обучения. Москва, 1986
3. Леонтович И.В. Об основных понятиях концепции развития исследовательской и проектной деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. 2003. № 4. С. 12–17.
4. Лернер И. Л. Проблемное обучение.- М., 1974 г.- с.267
5. Полуяхтов А.В. Применение цифровой лаборатории в исследовательской деятельности школьников // Цифровые образовательные ресурсы в учебном процессе педагогического вуза и школы: Тезисы докладов II Региональной научно-практической конференции. Воронеж: ВГПУ, 2008. С. 33–36.
6. Сауров Ю.А. Принцип цикличности в методике обучения физике. Киров. 2008.
7. Современный кабинет физики. Никифоров Г.Г.Песоцкий Ю.С. Царьков И.С. и др. Под ред. Никифорова Г.Г. М.: Издательство «Дрофа», 2008, 208с.
8. Учебный физический эксперимент в условиях ФГОС/ Андреева Н.В., Никифоров Г.Г., Поваляев О.А., Царьков И.С., и др., под ред. Никифорова Г.Г.‒ М.: Издательство Вентана-Граф, 2013, 210 с.
9. Цифровая лаборатория по физике. Методическое руководство по работе с комплектом/ Авт. Болгар А.Н., Поваляев О.А., Ханнанов Н.К., Хоменко С.В., Сазонов М.М.‒ М.:, 2011.

Дополнительная

10. Давыдов В.В. Теория развивающего обучения. – М.: ИНТОР, 1996.
11. Ильченко В.Р. Формирование естественнонаучного миропонимания школьников. Москва. «Просвещение», 1993.
12. Леонтьев А.Н. Деятельность, сознание, личность. Издательский  центр «Академия» 2004.
13. Сборник нормативных документов. Физика. / Сост. Э.Д. Днепров, А.Г.Аркадьев. –М.: Дрофа, 2004.
14. Фронтальные лабораторные занятия по физике в 7-11 классах. Под редакцией. Бурова В.А. и Никифорова Г.Г., Москва. Просвещение. 1996.

Электронные ресурсы

      13.         Национальная образовательная инициатива «Наша новая школа»    [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://news.kremlin.ru/news/6683

      14.      Филиппова И.Я. Информационные технологии в преподавании физики

 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ifilip.narod.ru