ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ПРЕПОДАВАНИИ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВОГО ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ПРЕПОДАВАНИИ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ

Загумённова Лариса Серафимовна, учитель биологии

МАОУ «Лицей №14 имени Заслуженного учителя РФ А.М. Кузьмина»

г. Тамбова

Достижению планируемых результатов естественнонаучного образования способствует использование в процессе обучения биологии, цифрового учебно-лабораторного оборудования, которое позволяет школьникам освоить современные методы исследования на практике. Цифровое учебно-лабораторное оборудование обеспечит автоматизированный сбор и обработку данных, позволяет отображать ход эксперимента в виде графиков, таблиц, показаний приборов. Проведенные эксперименты могут сохраняться в реальном масштабе времени и воспроизводиться синхронно с их видеозаписью.

Учебный эксперимент в школьном курсе биологии — это отражение научного метода исследования, присущего данной естественной науке. Постановка опытов и наблюдения имеют большое значение для ознакомления обучающихся с сущностью экспериментального метода, с его ролью в научных исследованиях, а также в формировании умений самостоятельно приобретать и применять знания, развитии творческих способностей.

Сформированные в ходе проведения экспериментов умения являются важным аспектом для положительной мотивации обучающихся на практикоориентированную деятельность.

Большое количество наблюдений и демонстраций не обеспечивают формирование умений учащихся самостоятельно и целостно проводить исследование. Именно лабораторный эксперимент, в котором школьники имеют возможность самостоятельно выполнять лабораторные работы вызывает наибольший интерес обучающихся и наиболее эффективен с педагогической точки зрения.

Изучение предметной области «Биология» в школе должно обеспечить:

• овладение умениями формулировать гипотезы, конструировать, проводить простые экспериментальные исследования, прямых и косвенных измерений с использованием аналоговых и цифровых измерительных приборов; оценивать полученные результаты;
• овладение умением сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни;
• формирование умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования, проведения точных измерений и адекватной оценки полученных результатов, представления научно обоснованных аргументов своих действий, основанных на межпредметном анализе учебных задач.

В целом, в процессе самостоятельной экспериментальной деятельности обучающиеся приобретают следующие конкретные умения: наблюдать и изучать явления и свойства живых организмов; описывать результаты наблюдений; выдвигать гипотезы; отбирать необходимые для проведения экспериментов приборы; выполнять измерения; представлять результаты измерений в виде таблиц и графиков; интерпретировать результаты экспериментов; делать выводы; обсуждать результаты эксперимента, участвовать в дискуссии.

Все эти умения формируются значительно быстрее, если при проведении учебного эксперимента наряду с традиционным используются цифровые измерительные приборы и системы.

Цифровой микроскоп, которым располагает наш лицей, – это приспособленный для работы в школьных и домашних условиях оптический микроскоп, который снабжен преобразователем визуальной информации в цифровую, обеспечивающим возможности передачи в компьютер в реальном времени изображения микрообъекта и микропроцесса, его хранения, в том числе в форме цифровой видеозаписи, отображения на экране, распечатки, включения в презентацию.

Цифровой микроскоп может быть использован на уроках биологии. Он является разновидностью традиционного оптического микроскопа, который использует оптику и камеру для вывода цифрового изображения на монитор ПК. Программная поддержка позволяет не только рассматривать объекты на экране компьютера, но и делать фото- и видеосъемку изучаемых объектов.

Цифровой микроскоп отличается от оптического микроскопа тем, что в нём отсутствует обычный для светового микроскопа окуляр.

Возможности применения цифровых микроскопов в образовательном процессе. Микроскоп позволяет:

• превращать самые обычные окружающие тела в объекты исследования;
• фотографировать самые разные объекты при увеличениях в 10, 60 или 200 раз – они соответствуют числам, обращённым к пользователю в момент фотографирования на зелёном крутящемся кольце-барабане микроскопа;
• снимать видеофильмы о жизни мелких существ (или химические реакции) - с частотой от 5 кадров в секунду до 1 кадра раз в 2 часа;
• формировать необычные изображения различных объектов на экране компьютера;
• создавать презентации со специальными эффектами и музыкальным сопровождением;
• просматривать изображение на экране монитора;
• составлять коллекции различных изображений и видеосюжетов;
• добавлять по желанию фиксированную дату съёмки и текстовый комментарий к микрофотографиям.

Другим важным современным оборудованием для проведения лабораторных работ и учебно – исследовательской деятельности являются датчики, с помощью которых можно производить измерения различных физиологических процессов, показателей состояния окружающей среды. Их применение соответствует требованиям образовательного стандарта по биологии, требованиям к минимальному уровню подготовки выпускников основной школы по биологии, уровню общеобразовательной подготовки по биологии учащихся.

Датчики и цифровые лаборатории по биологии и экологии, которые сейчас активно внедряются в учебный процесс, не требуют длительного подготовительного этапа и сложного оборудования. С ними удобно работать при проведении демонстрации. Они подойдут как для молодого учителя, так и для учителя, имеющего небольшой опыт использования программно-аппаратных комплексов, что позволит проводить демонстрационный эксперимент по любой выбранной программе и методике преподавания.

Проектный комплект - набор оборудования для организации проектной внеучебной деятельности учащихся, включающий школьную версию среды графического программирования LabVIEW™, аппаратную часть (система сбора данных, датчики) и методические материалы, сопровождающие его использование в образовательном процессе. Школьная версия LabVIEW™ представляет широкие перспективы для проектной и научно-исследовательской деятельности учителя и учащихся, поскольку является простой и понятной системой пользования. С помощью LabVIEW™, системы сбора данных AFS™ и датчиков обычный школьник за сравнительно короткое время способен создать программу для сбора данных и управления объектами.

Датчики предназначены для измерения следующих показателей:

• артериального давления косвенным способом, частоту сердечных сокращений (пульс) человека в состоянии покоя и после физической нагрузки;
• частоты и глубины дыхания;
• концентрации кислорода и углекислого газа во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе;
• электрокардиограммы сердца;
• шума;
• освещенности местности;
• радиационного фона;
• ультрафиолетового излучения и т.д.

Для того, чтобы работать с датчиками необходимо знать следующее:

• в некоторых проектах (например, ГлобалЛаб, который сейчас активно работает по практическому применению цифрового лабораторного оборудования) в исследовательских анкетах имеются вопросы, ответы на которые должны быть даны в виде серии данных, полученных с помощью цифровых датчиков или специальных мобильных приложений. Например, в проекте «Составляем мировую карту шума» каждый участник, заполняя анкету, помимо загрузки фотографии источника шума, указания типа источника, даты и места исследования, должен загрузить серию данных с датчика.
• Серия данных с датчика представляет собой поток чисел. Каждое число в таком потоке — значение измеряемого параметра (например, уровня шума). Поток имеет определенную частоту — например, 1 измерение в секунду.
• Потоки измеряются с помощью цифровых датчиков или специальных мобильных приложений.
• После того, как поток был зафиксирован, его можно использовать для исследований.

Наиболее эффективные формы организации учебно-исследовательской деятельности с использованием цифрового учебно-лабораторного оборудования для проведения урочных занятий - это урок — исследование, урок — лаборатория, урок — творческий отчёт, урок — защита исследовательских проектов, урок — экспертиза. Для внеурочных занятий вполне подойдут такие формы, как исследовательская практика обучающихся, образовательные экспедиции, участие обучающихся в олимпиадах, конкурсах, конференциях.

Для оценки достижения планируемых результатов обучения возможно проведение следующих процедур: