Методические рекомендации "Использование цифровой лаборатории Relab Point на уроках математики"
методическая разработка по математике (5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 класс) на тему

Городской конкурс

методических разработок

Методические рекомендации

Педагог-технолог

Использование цифровой лаборатории Relab Point

на уроках математики

Гуцал Наталья Александровна

Муниципальное автономное образовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа №85»

Учитель математики

Г. Кемерово

2018г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………… 3

Характеристика цифровой лаборатории Relab Point ………………………6

       Работа с программным обеспечением Relab Lite………………………6

       Мультидатчик МАТ-1……………………………………………………8

       Сбор данных и диаграмма …………………………………………….9

Практическая часть…………………………………………………………11

       Примерные вопросы, задаваемые к таблицам, диаграммам  

       для учащихся 5-6 классов……………………………………………..11

       Примерные вопросы, задаваемые к таблицам, диаграммам  

       для учащихся 7-11 классов…………………………………………....12

       Лабораторная работа №1……………………………………………..13

       Лабораторная работа №2……………………………………………..14

Заключение…………………………………………………………………..17

Список литературы…………………………………………………………18

Приложение………………………………………………………………....19

       Приложение А………………………………………………………….19

       Приложение Б…………………………………………………………..22

Введение

Одним из важных условий успешной работы учителя является владение техникой, потому что при изучении математики большое значение для обучающихся имеет наглядность изучаемого материала.   Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, особенно это важно при обучении учащихся с нарушенным слухом. Цифровые лаборатории помогают лучше усвоить изучаемую тему, разобраться в трудных вопросах, повышают интерес к изучаемому материалу.

Цифровые лаборатории – это инновационное учебное оборудование для проведения большого количества демонстраций, исследований, опытов и лабораторных работ.

Их использование расширяет и обогащает образовательную деятельность, углубляя его практическую направленность. И наилучшие результаты достигаются при выполнении учебных экспериментов, в исследовательской и проектной деятельности и результаты измерений могут быть обработаны и проанализированы непосредственно во время проведения работы.

Именно поэтому использование цифровых лабораторий в школе является актуальным  и одним из эффективных способов организации учебного процесса.

В настоящее время спектр школьного оборудования для практических работ очень широк. Особого внимания заслуживает оснащение лаборатории Relab Point, работа с которой может проводиться как на уроках, так и во внеурочное время с любой категорией обучающихся, в том числе с ограниченными возможностями здоровья.

Данная рекомендация предназначена для учителей математики, работающих в средней общеобразовательной школе.

Цель методических рекомендаций – показать учителю возможности использования программы Relab Lite и датчика МАТ-1 как на уроках, так  и во внеурочной деятельности, возможность создавать собственный сценарий урока, исходя из запланированных целей урока.

Причины, по которым стоит выбрать Relab:

• Датчики подключаются к мобильным планшетам или компьютерам напрямую через USB порт.
• Управление выбором диапазона измерения датчиков производится непосредственно из программного обеспечения.
• Программное обеспечение многоплатформенно – доступно в вариантах для Windows, OS X, Android. На всех платформах имеет идентичный интерфейс.
• Поддерживает подключение и отключение дополнительных датчиков непосредственно во время сбора данных, без прерывания хода выполнения эксперимента и потери результатов.
• Возможность установки программы на личные устройства учеников и учителей.
• Программное обеспечение Relab Lite является бесплатным и свободным для скачивания.
• Компьютерная программа только ускоряет выполнение экспериментальных работ за счет автоматизации рутинных процедур  обработки количественных данных: создание и заполнение таблиц, построение графика по табличным данным, подбор прямой (кривой), проходящей через все экспериментальные точки – экономит время на уроке.
• Предлагаемое оборудование и программное обеспечение может быть использовано для проведения самостоятельных исследований.

Недостатки в работе с Relab:

• Комплект Relab Point не сопровожден методическими рекомендациями по проведению  лабораторных работ, в наличии краткое руководство по использованию программы и датчика.
• В комплекте имеется «Методические указания для проведения лабораторных работ по математике» без  соответствующего  оборудования.
• Данные графика  могут быть искажены из-за не полного контакта датчика с разъемом компьютера,  вследствие этого, учащимся 5-6 классов будет невозможно работать с данными.
• В некоторых комплектах имеется флеш карта (с программой Relab Lite) с неполными данными.
• Большая коробка, содержащая не большие инструменты лаборатории.

Характеристика цифровой лаборатории Relab Point

Комплект Relab Point состоит из программного обеспечения Relab Lite, которое можно установить на любое количество компьютеров или планшетов, и мультидатчика МАТ-1.  Дистрибутив программы находится на флеш носителе (или можно скачать на сайте производителя). Подключение датчиков к компьютеру осуществляется через USB кабель, поставляемый в комплекте.

В стартовый комплект мультидатчика МАТ-1 (Приложение А. Рис. А.1)  входит:

• Датчик температуры поверхности
• Датчик освещенности
• Датчик напряжения
• Датчик уровня звука
• Датчик тока

Работа с программным обеспечением Relab Lite

После загрузки программы и подключения мультидатчика, программа автоматически находит датчики и выводит их в списке на рабочем столе. Можно выбрать какие из датчиков будут участвовать в сборе данных, лишние отключить, либо в ходе работы включить дополнительные (Приложение А. Рис.А.2) без потери данных.

         Перед тем, как запустить эксперимент, в панели меню можно выбрать любой датчик и в центре экрана отобразится его меню «Настройка датчика», изменить данные  необходимо и в «Общих настройках» (Приложение А. Рис.А.3). И именно здесь кроятся нюансы, влияющие на результаты всей работы. Если оставить настройки в автоматическом режиме, то:

- учащиеся 5-х классов, не изучающих функцию, десятичные дроби, отрицательные числа, не могут проводить анализ графиков и читать диаграммы;

- учащиеся 6-х классов, не изучающих функцию, но знакомые с десятичными дробями и отрицательными числами, могут выгрузить данные в «Excel» и оформить в виде диаграммы.

Учащиеся 7-11 классов могут работать в любом режиме настроек.

Настройка датчиков (в центре экрана) (Приложение А. Рис.А.3):

1. Период опроса от 800 точек/сек до 1 точки/час – с каким временным периодом программа будет опрашивать датчик, оптимальный выбор 1 точка/сек.
2. Цвет линии графика 10 цветов от белого до оранжевого – стандарт белый цвет.
3. Толщина линии графика от 2 до 8 с шагом 2 – стандарт 2.
4. Видимый интервал от 5 сек. до 100сек – 10 сек.достаточно для 5 класса, 50-100сек. для старших.
5. Единица измерения – в каких величинах будут отображаться получаемые данные с датчика, устанавливается автоматически.
6. Цвета точек графика соответствуют цветам линии – можно точки  и линию установить разными цветами.
7. Величина точек графика от 7 до 10 с шагом 1 – оптимально 7-8
8. Активация/Деактивация – деактивируйте датчик, если он не участвует в эксперименте, по умолчанию все датчики при подключении устройства активны.

Общие настройки (слева экрана):

1. Время эксперимента в сек, мин., час –  оптимально в сек., мин.
2. Вид графика (линия, точки, линия и точки) – выбор по желанию.
3. Обновление данных от 0,1 сек. до 1 часа – стандарт 1 сек.
4. Цветовое оформление экрана темного или светлого – темное.
5. Формат таймера выставляется в зависимости от времени эксперимента.
6. Если изменяются настройки, то обязательно снять галочку с автоподбора обновления.

Для пуска измерений нажимают кнопку «Пуск».

Мультидатчик МАТ-1

Возможности применения датчиков (из моего опыта работы):

• температуры поверхности позволяет измерить температуру ладони, сгиба локтя, температуры воды, можно чередовать холодную и теплую воду; можно измерить температуру кабинета, но данные покажут равномерное движение;
• освещенности позволяет измерить освещенность кабинета, возможно сравнение с ГОСТом, фонарика мобильного телефона, солнечного света, экрана компьютера;
• уровня звука позволяет измерить шум в кабинете, в коридорах на перемене, на улице, звука голоса, пения, работающего пылесоса, моющей машины;
• напряжения и тока позволяет измерить с помощью сменных измерительных щупов напряжение и силу тока на любых элементах питания: батарейка, аккумуляторы (из кабинета физики), на элементах электрических схем, при этом датчик оснащен защитой от перегрузки.

Датчики могут работать одновременно, переключать в работающем режиме без сбоев – в этом и состоит универсальность прибора: можно получать множество показаний и графиков. Их список на панели показаний  (Приложение А. Рис.А.4). Активный датчик подсвечивается красным цветом. Можно установить связку датчиков и сделать ее активной и все датчики, входящие в состав будут тоже подсвечены.

При использовании цифровой лаборатории Relab Point МАТ-1 не забываем о технике безопасности, каждый урок проводится краткий инструктаж работы с компьютером (планшетом) и датчиком(-ами).

Сбор данных и диаграмма

        После нажатия на кнопку «Пуск» программа переходит в режим сбора данных. Экран сбора состоит из панели показаний датчиков, графика и кнопок управления (Приложение А. Рис.А.4).

Сброс в ноль служит для того, чтобы устранить возможные помехи в момент работы датчика. При нажатии на кнопку будет отображено число, на которое программа скорректировала текущее значение датчика. Температурный датчик зафиксировал 190С (Приложение А. Рис.А.4). Кроме этого, можно оперировать видимым диапазоном оси у - «min» и «max» (Приложение А. Рис.А.4). Для обучающихся 5 класса устанавливается диапазон от 0, а с 6 класса расширить диапазон с отрицательных чисел.

        Чтобы приостановить или закончить работу датчика, необходимо нажать кнопку «Пауза» (в верхней части панели). Данные можно посмотреть, переключив кнопку «Таблица/График» (в верней части панели), где отобразятся данные: время и измерения датчика. Все это можно перевести в таблицу Excel, сохранив на рабочем столе компьютера для проверки. Но учащимся интереснее создавать по этим данным диаграммы, виды  которых в большом разнообразном количестве содержится в данной программе.

Изначально работа начинается с выбора диапазона датчика (оптимальный вариант выбора первые 10 секунд работы) и преобразование данных в простую диаграмму – столбчатую (Приложение А. Рис.А.5).

Необходимо убрать «лишние» данные, добавить сетку и диаграмма принимает простой готовый вид (Приложение А. Рис.А.6). На это у пятиклассника уходит не более 30 секунд.

Обучение работы с датчиком  следует начинать с 5 класса на внеурочной деятельности, где можно подготовить учащихся – помощников, консультантов, которые хорошо будут ориентироваться  в процессе, смогут ответить на вопросы одноклассников. А на уроках помощники работают в паре или малой группе. Пары подбираются по желанию, чтобы изначально не было конфликтов, так как работа объемная, информации предостаточно, задача ученика – запомнить действия за короткий промежуток времени, еще ответить на вопросы. Поэтому на первом уроке проходит только ознакомление с лабораторией и инструментами. На последующих уроках можно изменить пару консультант-ученик, чтобы проходила серьезная исследовательская  работа. Для адаптации к данной цифровой лаборатории достаточно 1 урока. Учащиеся очень быстро «схватывают» понятийный аппарат, работу датчиков, перевод в Excel, создание диаграммы. Дети, которые быстро запоминают процесс, им становится «не интересно» и свою работу могут украсить: поменять цвета линии и точек графика в программе Relab Lite, толщину линии и величину точек; а в  диаграмме изменять заливку фона, тип диаграммы («поиграть»).  

Практическая часть

При использовании цифровой лаборатории Relab Point МАТ-1, задаемся вопросом: в каких темах применяется и с какой целью?

Мы видим, что данные датчиков формируются в виде графика, поэтому в 5-6 классах дополнительным плюсом к программе явилось и первичное знакомство с элементами статистики и понимание связи информатики и математики. На уроках будут рассмотрены способы представления информации в виде таблиц и диаграмм.

Примерные вопросы, задаваемые к таблицам, диаграммам  для учащихся 5-6 классов

 на примере данных (Приложение Б. Таблица Б.1):

- В таблице 1 показан результат измерения температуры за 10с. Запишите эти данные в таблицу 2, группируя их по две секунды.

-По данным этой таблицы нарисуйте диаграмму, используя один смайлик для обозначения 6 секунд.

-Пользуясь таблицей, диаграммой (в Excel или нарисованной в тетради), ответьте на вопросы: какова была температура в 3, 7, 10 секунду; перед 5-ой секундой, после 8-ой секунды; в течении 10 секунд; на какой секунде выше температура, ниже?

-Какая цифра в таблице 1 встретилась чаще всего, реже всего?

-На какой секунде была температура 260, 300,280?

-Сколько градусов было за первые 5 секунд, следующие 5 секунд (можно придумать разные варианты)?

-По таблице 1 нарисуйте столбчатую, линейную, круговую диаграммы в тетради.

-Найдите среднюю температуру за 10с.      

Примерные вопросы, задаваемые к таблицам, диаграммам  для учащихся 7-11 классов

Знания по алгебре, приобретаемые в 7-11 классах, и знакомство с физикой, позволяют расширить зону деятельности, дают возможность обучающимся ознакомиться с большим числом графиков, чем это позволяет традиционная методика и  интегрировать физические законы (например, Ома) при работе датчиков тока и напряжения в математические функции – как описание реальных процессов. Интерпретация сигналов с датчиков в виде непрерывных растущих и убывающих кривых дает дополнительный инструмент к трактовке графической информации и приобщению ребенка к этому умению. Дает возможность подготовиться к Всероссийской проверочной работе по математике (ВПР), ОГЭ и ЕГЭ.  

Примерные задания для 7-11 классов по данным (Приложение Б. Рис.Б.2): 

         -Найдите, в какое время (сек.) освещенность была выше 52 Лк?

-Найдите, в какое время (сек.) звук был ниже 0 Па?

-Какой освещенность была наименьшей в период от 3 до 10 секунд?

-Оптимальным для освещения небольшой комнаты является 60-90 Лк. Определите, правильно освещена комната? (дополнительно поработать с ГОСТом освещенности)

-Сколько надо добавить Лк до нормы освещения в каждый период времени?

-Укажите время, в которое уровень звука был низким. Найдите среднее значение.

-Определите по диаграмме, в какой момент была пиковая нагрузка освещенности и звука отдельно, вместе?

-По данным таблицы начертите точечную, круговую диаграмму, график освещенности и звука.

-По графику определите разность между наибольшим и наименьшим значением освещенности; звука.

-По графику определите, в какое время сила звука была 0,004Па?

-По графику (диаграмме) определите, сколько секунд прошло до резкого падения уровня освещенности и звука?

-Сколько секунд сила звука была не меньше -0,001? Уровень освещенности не больше 30 Лк?

-В какое время уровень освещенности и звука были выше (ниже) среднего значений?

-Найдите разницу в уровнях освещенности и звука на 4,7, 11 секундах.

-Определите  разность между наибольшим и наименьшим значением уровня освещенности (звука) за указанный период.

-Измерьте силу своего голоса (музыки в мобильном телефоне) в течение 20 секунд. По этим данным начертите диаграмму, по горизонтали отмечая период в 5 сек, а по вертикали среднее значение голоса (музыки). Определите по диаграмме наименьшее (наибольшее) значение звука.

-По графику определите, в какое время уровень освещенности колебался от 1 до 54 Лк?

Кроме подобных вопросов можно организовать проведение лабораторной работы на уроках математики для обучающихся старших классов.

Лабораторная работа №1

(подобная работа в программе Relab Lite с мультидатчиком ФИЗ)

Инструкция по организации работы  с датчиком температуры

Тема исследования: температура воды при смешивании горячей и холодной воды.

Цель исследования: ответить на вопрос – как изменилась температура воды?

Оборудование: два стакана, мультидатчик Relab Point МАТ-1, датчик измерения температуры, ноутбук.

Настройка: период опроса 1 точка/сек, обновление данных каждую секунду.

План работы: 1. Подключить датчик, установить настройки

2. Измерить температуру холодной воды, данные перевести в Excel

3. Измерить температуру горячей воды, данные перевести в Excel

4. Смешать холодную и горячую воду, измерить датчиком, данные перевести в Excel

5. Построить диаграмму, график на основании трех результатов

6. Ответить на контрольный вопрос и сделать самостоятельные выводы

7. Ответить на дополнительные вопросы по диаграмме (графику)

Лабораторная работа №2

Инструкция по организации работы  с датчиком освещенности

Тема исследования: освещенность на рабочих местах

Цель исследования:  измерение освещенности на рабочих местах

Оборудование: датчик измерения освещенности, мультидатчик Relab Point МАТ-1, ноутбук.

Настройка: период опроса 1 точка/сек, обновление данных каждую секунду.

План работы: 1. Подключить датчик, установить настройки

2. Подготовить ГОСТ освещенности для дальнейшей работы

3. Измерить освещенность в кабинете на своем рабочем месте, данные перевести в Excel

4. Измерить освещенность в других точках помещения, данные перевести в Excel

5. Построить диаграмму, график на основании  результатов

6. Проанализировать полученную диаграмму (график), сделать самостоятельные выводы

7. Ответить на дополнительные вопросы по диаграмме (графику)

Всю работу можно формировать в виде электронного отчета, в который войдет: таблица в Excel, здесь же диаграмма или график, вывод, ответы на вопросы и сохранить в определенной папке на рабочем столе ноутбука или по внутренней сети отправить учителю на проверку. Аналогично оформить в Worde, воспользовавшись скриншотом. Каждая предложенная работа может содержать свой сценарий.

Практическая работа с мультидатчиком Relab МАТ-1 способствует формированию предметных и метапредметных универсальных учебных действий.

Предметными результатами в 5-6 классах являются следующие умения:

1. Извлекать информацию из готовых таблиц.
2. Сравнивать между собой представленные в таблицах данные из реальной практики, выполнять вычисления.
3. Строить простейшие линейные, столбчатые и круговые диаграммы, используя данные таблицы измерения.
4. Строить простые диаграммы, следуя образцу.
5. Читать информацию, записанную с помощью линейных, столбчатых и круговых диаграмм, выполнять вычисления.
6. Сравнивать между собой данные, характеризующие некоторое явление или процесс.
7. Заполнять таблицу по данным диаграммы,  графика.

Предметными результатами к концу 11 класса являются следующие умения:

1. Овладение базовым понятийным аппаратом по разделу «Статистика».
2. Овладение основными способами представления и анализа статистических данных.
3. Наличие представлений о статистических закономерностях в реальном мире и о различных способах их изучения, о вероятностных моделях.
4. Умение применять изученные понятия, результаты, методы для решения задач практического характера и задач из смежных дисциплин с использованием при необходимости компьютера.

Познавательные УУД – ориентироваться в работе прибора, считывать и преобразовывать  информацию, представленную  в виде графиков, таблиц, диаграмм, делать выводы на основе результатов  замеров.

Коммуникативные УУД – слушать и понимать других, договариваться при работе в группе, оформлять свои мысли и развивать лингвистические компетенции.

Регулятивные УУД –  давать словесную характеристику своей работы и одноклассника, и осмысливать результаты работы.

Заключение

Самый большой плюс от работы с Relab Point заключается в том, что при высокой степени самостоятельности в работе, обучающиеся получают возможность получать  более глубокие знания. Формируется интерес к исследовательской деятельности. Процесс обучения становится увлекательным, предоставляется возможность обучающимся почувствовать себя в роли настоящих ученых-исследователей. Благодаря личной мотивации, осмысленности и практико-ориентированной деятельности школьников изучение природы превращается в увлеченный поиск истины. Также постановка опытов и наблюдения имеют большое значение для ознакомления обучающихся с сущностью экспериментального метода, с его ролью в научных исследованиях и в формировании умений самостоятельно приобретать и применять знания, развитии творческих способностей.

Таким образом, использование цифровой лаборатории Relab Point позволяет достичь свободы творчества участников педагогического процесса: ученика и учителя. Педагог учит, воспитывает, но и стимулирует ученика к развитию его задатков, развивает потребность к самостоятельной работе.

Список литературы

1.Математика. Методические рекомендации. М34 5 класс: пособие для учителей общеобразоват. учреждений/[С. Б.Суворова, Л.В. Кузнецова, С.С. Минаева, Л.О. Рослова.] –– М.:Просвещение, 2013. – 000 с.: ил. – ISBN 978-5-09-026887-5.

2. Гончарова С.Ю., Ерехова Л.М. Практикум "Мониторинг окружающей среды"/ Внеклассная работа: ст. по биологии - Режим доступа: http://fgos.arkh-edu.ru/perechni/list.php?SECTION_ID=34 (дата обращения:28.11.2017)

3. https://www.relab.ru/tsifrovye-laboratorii-dlya-shkoly/ Информация о продуктах Relab Point[Электронный ресурс]Режим доступа: https://www.relab.ru/company/ (дата обращения 25.11.2017).

4. https://www.youtube.com/watch?v=5rQM8P3H9lg/Видео обзор инструментов цифровой лаборатории Relab [Электронный ресурс]Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=5rQM8P3H9lg (дата обращения 03.12.2017).

5.Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Библиографическое описание. Общие требования и правила составления [Электронный ресурс].-ИПК Издательство стандартов,2004.- Режим доступа: http://diss.rsl.ru/datadocs/doc_291wu.pdf (дата обращения:03.12.2017).

Приложения

Приложение А

Рисунок А.1

 Стартовый комплект мультидатчика МАТ-1

Рисунок А.2  

Рабочий стол программы Relab Lite

Рисунок  А.3

Настройки датчика и общие настройки

Рисунок  А.4

Совместная работа всех датчиков

Рисунок А.5

Таблица в Excel и столбчатая диаграмма

Рисунок А.6

Диаграмма в готовом виде

Приложение Б

Таблица Б.1

Пример данных

Таблица 1                                 Таблица 2    

Рисунок Б.2

Примерные задания для 7-11 классов