Использование цифрового оборудования на уроках физики и во внеурочной деятельности в рамках проекта «Точка роста»
статья по физике (7, 8, 9 класс)

Использование цифрового оборудования на уроках физики и во внеурочной деятельности в рамках проекта «Точка роста»

           Современные цифровые технологии во всех отраслях науки и техники предполагают, что на начальном этапе школа, а затем профильные учебные заведения дадут учащимся базовые знания для освоения этих технологий. На мой взгляд, наиболее основательно Министерство просвещения начало внедрять цифровые технологии два  года назад с появлением в школах  первичных центров «Точки роста». «Кванториумы» и  внеурочная деятельность практической направленности по естественно - научным дисциплинам стали частью школьного развивающего обучения.

        Уже сейчас полезно обменяться опытом работы,  обсудить все преимущества и недостатки работы нового для нас направления, учитывая то, что Министерство Просвещения решило не ограничиваться сельскими школами и рекомендует открывать центры «Точки роста» и в городских школах.  Я расскажу о своём опыте работы по использованию цифрового оборудования на уроке и во внеурочной деятельности.

       Первый опыт работы с этим оборудованием я получила пять лет назад с появлением в лаборатории физики цифрового микроскопа. И хотя его применение на уроке  ограничивалось показом броуновского движения и исследованием причин, влияющих на скорость этого движения, и я, и дети были «под впечатлением». Появилась твёрдая уверенность, что за цифровым оборудованием дополнительные возможности для качественного изучения предмета.

      Два  года назад   наша школа получила комплект оборудования «Цифровая лаборатория» №5 по физике. Меня очень заинтересовала работа по организации внеурочной деятельности с использованием этого оборудования,  и я предполагала, что программа и комплект - отличный бонус так же и к современному уроку, так как они в состоянии обеспечить как индивидуальную, так и коллективную формы деятельности.

       Хочу поговорить о плюсах и минусах работы с этим набором по постановке исследовательского, лабораторного и  демонстрационного эксперимента.  И, естественно, поделиться собственным мнением о целесообразности применения цифрового оборудования при изучении физики.

     Самый главный вывод, который я сделала – цифровое оборудование прекрасно вписывается в современное школьное естественно - научное образование, делает уроки и занятия ВД ярче, интереснее. Работа с ним нравится без исключения всем детям, независимо от уровня подготовки по предмету и способна удерживать внимание учащихся длительное время.  Сразу хочу предупредить, что мой опыт работы и взгляд на сопутствующие проблемы – чисто «субъективный» и  сформирован работой в сельской школе, имеющей особенности организации. Хотелось бы пригласить к обсуждению учителей физики и других школ.

       Я работаю в сельской, малокомплектной школе и, по совместительству, в одной поселковой. Как ни старайся, качественная внеурочная деятельность по физике  получается лишь в 7 и 8 классах средней школы. В 9,10 и 11 классах  желающих посещать кружки - единицы. Подготовка к экзаменам, занятия с репетиторами поглощают ту небольшую часть свободного времени, которая остаётся после выполнения домашних заданий. К тому же в сельских школах 10-е и 11-е классы малочисленны (1-5 человек от силы), из которых интерес к физике проявляет, в лучшем случае, 1 ученик. Поэтому тем, кто рассказывает о качественной кружковой работе сельских школ  в старших и выпускных классах, я не верю. Это фиктивная работа, сколько бы нам администрация школы её не предлагала.  Так, что в 9-11 классах наиболее приемлемо использовать оборудование цифрового комплекта на уроках физики. Планирование, которое выдаёт конструктор по новым стандартам, содержит уроки – конференции, уроки исследовательской деятельности, уроки – практикумы. Большую часть из них можно использовать для проведения тех работ, о которых сегодня пойдёт речь. Тем, кто только планирует начать работу в рамках проекта «Точка роста»  следует понять, что работы, которые вы будете составлять и проводить – это не обязательно внеурочная деятельность. И не обязательно только с цифровым оборудованием. Чаще всего – это оптимальная комбинация цифрового и лабораторного оборудования.

Плюсы и минусы цифрового оборудования.

      Прежде, чем говорить об организации работы с комплектом, познакомимся с его содержанием. Таких комплектов, видимо, несколько. Если моей школе достался комплект №5, вероятно существуют и другие -  для изучения, например механики и оптики, приборы к которым комплект №5 не входят. В комплекте оборудования пять датчиков и мультидатчик (с разъёмами для подключения остальных датчиков).

   Тесламетр (датчик магнитного поля), акселерометр (датчик ускорения), амперметр и вольтметр вмонтированы в мультидатчик. Для соединения с ним имеется штекер, с цепью – контакты - «крокодилы». Отдельная программа предусматривает использование осциллографа.

             Комплект конструктора представлен набором по электричеству. Результаты работы приборов обрабатывает программа, которая при запуске открывается на рабочем столе ноутбука.

      После двухлетней работы с цифровым оборудованием успела заметить все достоинства и недостатки комплекта. Сначала о «плюсах».

      Поистине бесценными являются датчики давления и температуры: надёжные, точные и простые в эксплуатации. С ними получаются многие исследовательские работы с незначительными погрешностями. Вот пустяковый, но всё-таки пример: наша Тульская область расположена на Среднерусской возвышенности, примерно на высоте 290-300 м над уровнем моря и нормальное атмосферное давление у нас несколько ниже общепринятого, где-то 740-744 мм.рт.ст. Датчик давления это прекрасно показывает.  Простейшие действия с ним дают результат  91-93 кПа.  Демонстрационный эксперимент с датчиком давления могу использовать в 7 классе для подтверждения того факта, что с ростом высоты над уровнем моря давление уменьшается. В связи с этим и температура кипения – не общепринятая – 1000С, а ниже. Исследовательские работы с датчиком температуры дают результат – 94-96 0С.  Иногда и ещё меньше в связи с изменением давления. Этот факт очень полезен при проведении практических работ на «теплообмен», которые при общепринятых значениях давления и температуры кипения выдают большую погрешность.

       Возможности датчика магнитного поля  мной ещё плохо изучены. Применяли его лишь для исследования магнитного поля вокруг проводника с током и измерения индукции магнитного поля постоянного магнита. Так же его можно  использовать для изучения принципа суперпозиции магнитных полей. Планирую в ближайшее время, пока дети на каникулах, заняться этим и составить хотя бы 2-3 исследовательских работы с  его использованием. Они пригодятся в 4 четверти для изучения темы «Электромагнитные явления».

       К плюсам программы можно отнести также графическое представление исследуемого процесса. Возможно визуальное наблюдение за изменением величины в ходе эксперимента. Если на это нет время, можно сделать снимок экрана с графиком и организовать его дальнейшее обсуждение.

Программа «Цифровая лаборатория» может работать не только с одним датчиком, а их связкой, что гарантирует точное измерение нескольких величин в коротком диапазоне времени, что не всегда удаётся с традиционным оборудованием.

      Возможна автономная организация работы, если вам, к примеру, нужно отойти или выполнить другую часть работы.

       Программа позволяет прервать эксперимент, поставить его на паузу, и при необходимости – продолжить. Это – хотя не полный, но основной перечень «плюсов» программы и набора.

       И, конечно, огромное достоинство программы в возможности вывести данные эксперимента на общий экран для коллективного наблюдения и обсуждения результатов.

О дополнительных возможностях можно почитать в руководстве по эксплуатации. Оно прилагается.

Коротко о методических рекомендациях.

      Сразу хочу сказать, что специалисты, составившие методические рекомендации по выполнению работ, ориентировались, очевидно, на учащихся лицеев и студентов ВУЗов, так как даже для учителя эти рекомендации выглядят сложными. Поэтому, единственное, чем они могут помочь учителю, так это в том, что подсказывают тему работы, которую можно провести с данным оборудованием, и дают некоторые подсказки по его использованию.  А уж составлять описание  работ для учеников приходится самой.  На сегодняшний день для проведения занятий ВД по физике мной составлено более 50 работ в 7-8 классах и по 10 работ в 9-11 классах, в том числе с использованием цифрового оборудования.

     Со старшими классами просто беда. И оборудование есть, и работы интересные составить можно, да времени нет. 2 урока физики в неделю – курам на смех. На уроке дорога каждая минута. Особенно, если в классе есть дети, сдающие ЕГЭ  по предмету. Лабораторные работы, конечно, делаем, но с  оборудованием из «Цифровой лаборатории» сделали всего две.

В первой наблюдали за наложением магнитных полей  с помощью датчика магнитного поля.В другой – следили за изменением ускорения груза при его свободных колебаниях, используя акселерометр.

   Акселерометр – достаточно интересный  и полезный датчик и предназначен для измерения ускорений в трёхмерной системе координат. Подходит для работы с учащимися 9-11 классов. Масштабных  наработок с его использованием у меня нет. Составлено всего 3 работы.

      Оборудование для изучения темы «Электрические явления» - самое многочисленное. Есть, казалось бы, всё: лампочки, резисторы, катушки, реостаты, соединительные провода. Даже цифровой амперметр и вольтметр имеются. Весь этот набор очень хороший, но неудобный. Оптимально его использовать на уроке при изучении нового материала, когда наглядное цифровое и графическое подтверждение изучаемой зависимости помогает  понять и запомнить материал.

  Теперь о «минусах» оборудования.  

    Прежде всего, оно «безликое». Его применение не даёт и малейшего представления о принципе работы прибора. А задача учителя – развивать мышление и творческие способности учащихся, объяснять, почему включение конкретного прибора в цепь даёт тот, а не иной результат.

     От старого, времён СССР, ползункового реостата, например, толку больше, чем от цифрового. Перемещая ползунок, ученик видит, что увеличение количества проволоки, включенной в цепь, ведёт к уменьшению силы тока, и, наоборот. Реальный амперметр научит снимать показания с реальных приборов. В жизни цифровые амперметр и вольтметр, если пригодятся, то при выборе профессии, связанной с цифровыми технологиями, и только. К тому же, оборудование не очень удобно в сборке. Да, плато предусмотрено. Только оно ненадёжное.  Из-за того, что масса приборов комплекта чрезвычайно мала, соединительные провода в самое неподходящее время создают вращательный момент, всё переворачивается, и ловишь себя на мысли о том, что простое оборудование надёжнее и удобнее. Из-за этого ребята предпочитают работать с традиционным лабораторным оборудованием или комбинировать цифровое и лабораторное.

     Из всего сказанного можно сделать вывод, что оптимально использовать конструктор по электричеству  в старших классах, когда принцип работы прибора изучен и понят, да и навыки работы с оборудованием сформированы.

       Те, кто решил, что «Точки роста» в сельских школах  уравняют шансы этих школ с городскими школами в вопросе получения качественного образования, на мой взгляд, просчитались, так как сельские школы зачастую лучше оснащены лабораторным оборудованием. Возможно, правильнее было бы организовывать работы с таким оборудованием в профильных старших классах  городских школ с нормальным наполнением этих классов и хорошими базовыми знаниями.

 В комплекте оборудования есть осциллограф.

Единственное, для чего я его использую, так это для  демонстрации графика колебаний тока. Возможно, я слишком придираюсь, но он очень неудобен в работе и непредсказуем. Достаточно того, что требует постоянной калибровки. И не факт, что следующий раз, при тех же самых исходных данных ты получишь нужный результат.

       Несколько слов о надёжности оборудования. Многие технические характеристики приборов не указаны. Приходится постоянно рассчитывать цепи, что не всегда работает. Например, ключи уже дважды горели. Приходилось их паять.    Включение и выключение мультидатчика производится с помощью ненадёжной кнопки с задержкой нажатия. Если учесть, что включают и выключают прибор ученики, которые не всегда понимают, «как нажимать и сколько держать», две кнопки из шести комплектов двух школ не работают. К счастью, это пока сильно не влияет на работу самого датчика.

      Программа предусматривает два способа подключения датчика к программе - через Bluetooth и шнур USB.  С первым способом задумка не плохая, но только он оптимален при индивидуальной работе с программой. В противном случае¸ программа «видит» соседние датчики и отображает их тоже. А это заставляет использовать контактное включение, что  лишает мультидатчик маневренности, например, работы с акселерометром.

       Все эти минусы программы, естественно, уже показали себя и, по моему мнению,  будут устранены разработчиками в ближайшем будущем. А пока, комбинируя цифровое и лабораторное оборудование, я провожу массу интересных практических работ, которые помогают качественно понять суть изучаемого физического явления, а, следовательно, повышают качество самого образования. Приведу несколько примеров таких работ с использованием комплекта «Цифровая лаборатория» на уроке и во внеурочной деятельности.  

    Первое занятие в 7 классе – это всегда знакомство с программой и наработка простейших навыков работы с датчиками.  Сама программа достаточно проста. Для её освоения детям требуется не более 1-2 занятий. Программу на ноутбук с операционной системой «Windows» не ниже 10, можно установить самостоятельно.

    Достаточно посмотреть обучающее видео от производителя и выполнить установку. Следует знать, что  системой «Linux» программа не совместима. В комплекте с «Цифровой лабораторией» приходят ноутбуки как раз с системой «Linux».  Поэтому приходится решать ещё с администрацией вопрос о замене ноутбуков.

         Не самая удачная идея - организовывать кружковую деятельность, смешивая в одну группу разновозрастных учащихся. Оптимальная работа на ВД по физике практической направленности –  это опытное подтверждение изученного на уроке материала или исследование зависимостей. Такую деятельность в смешанной группе не организуешь. Количество работ по теме  планируется с учётом имеющегося оборудования и числа часов. Желательно, 90%  всего рабочего времени занять учеников  практической работой, так как  они уже катастрофически устали от пассивной информации в презентациях и видео на остальных занятиях и мероприятиях внеурочной деятельности.

       Описание работы обязательно включает в себя отчёт учащегося. В конце занятия их необходимо собирать и анализировать. По полученным данным, формулировке выводов, уровню самостоятельности выполнения можно сделать вывод о качестве усвоения изученной темы, заодно отметить наиболее способных учащихся, которые могут взять на себя часть ваших обязанностей в ходе выполнения практических работ.

       И последний вопрос по «Точке роста», который очень важен всем причастным – вопрос с планированием и рабочей программой.  Планирование придётся составлять своё, с учётом имеющегося оборудования. Дело это новое и посмотреть негде. В интернете мало полезных публикаций по данной теме. Буду рада, если моя публикация найдёт отклик учителей физики, работающих по организации работы в первичных центрах «Точки роста».

Учитель физики МКОУ СШ-18, г.Ефремов, Тульской области, Шаталова Светлана Николаевна