«Использование Цифровой лаборатории по биологии в условиях урочной деятельности»
учебно-методический материал по биологии (10 класс)

«Использование Цифровой лаборатории по биологии в условиях урочной деятельности»

Цель: показать возможности использования оборудования Цифровой лаборатории на уроках биологии.

Задача: продемонстрировать возможности использования Цифровой лаборатории на уроках биологии.

Применение цифровой лаборатории на уроках биологии.

Одними из самых эффективных приемов активизации познавательной деятельности – это наглядные методы, которые на основе зрительного восприятия помогут учащимся выделить значимые признаки и установить связи в изучаемых явлениях. Подтолкнут их к самостоятельным научно-исследовательским работам. Частота использования цифровой лаборатории Releon на уроках значительно способствует формированию у обучающихся: - готовности к действиям для решения проблем; - к самостоятельному поиску; - к активной и продуктивной работе.

Анализ и оценка результатов экспериментов, поставленных с помощью ЦЛ Releon, формирует у учеников: - навыки критического мышления; - универсальные учебные действия (УУД), такие как анализ, сравнение, обобщение.

В ходе обучения устанавливаются закономерности, выдвигаются и экспериментально проверяются гипотезы, осуществляется прогнозирование результатов эксперимента и объясняются различие в теории и полученном результате, формулируются выводы. Кроме того, приобретается опыт проведения простых экспериментальных исследований, прямых или косвенных измерений с использованием современных цифровых измерительных приборов. С цифровыми лабораториями Releon ученик из пассивно исполняющего указания учителя сам становится деятелем и исследователем на уроке. Когда ученик совершают «учебное открытие», происходит замена чужих результатов образования на собственные.

2. Использование цифровой лаборатории

Сами по себе регистраторы, как правило, мобильны и универсальны. Они специально сделаны так, чтобы пользоваться ими можно было учащимся разных возрастных категорий.

Цифровой микромир.

Цифровой микроскоп сочетает в себе световой микроскоп и цветную цифровую камеру, оптическая ось которой совпадает с оптической осью микроскопа. Световой микроскоп можно использовать и без камеры, которая устанавливается на место окуляра после настройки изображения. Камера имеет подключение к USB порту компьютера. Программная поддержка позволяет не только рассматривать объекты на экране компьютера, но делать фото- и видеосъемку изучаемых объектов.

Применение цифрового микроскопа совместно с компьютером позволяет получить увеличенное изображение биологического объекта (микропрепарата) или кристаллов на экране монитора персонального компьютера или на большом экране с помощью выносного проекционного устройства, подключаемого к компьютеру.

При проведении лабораторных работ на уроках цифровой микроскоп оказывает значительную помощь. Он дает возможность:

• изучать исследуемый объект не одному ученику, а группе учащихся одновременно, так как информация выводится на монитор компьютера;
• использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц для объяснения темы или при опросе учащихся;
• изучать объект в динамике;
• создавать презентационные фото и видеоматериалы по изучаемой теме;
• использовать изображения объектов на бумажных носителях.
• цифровой микроскоп позволяет:
• увеличивать изучаемые объекты, помещённые на предметный столик, в 10, 60 и 200 раз;
• использовать в качестве исследуемых равно как фиксированные, так и нефиксированные, как прозрачные, так и непрозрачные объекты;
• исследовать поверхности достаточно крупных объектов, не помещающихся непосредственно на предметный столик;
• фотографировать нажимая соответствующую кнопку внутри интерфейса программы;
• фиксировать наблюдаемое, не беспокоясь в этот момент о его сохранности – файлы автоматически оказываются на жёстком диске компьютера;
• задавать параметры съёмки, изменяя частоту кадров – от 4-х кадров в секунду до 1 в час;
• производить простейшие изменения в полученных фотографиях, не выходя из программы микроскопа: наносить подписи и указатели, копировать части изображения и так далее;
• собирать из полученных результатов фото съёмки демонстрационные подборки - «диафильмы». Впоследствии подборку кадров, временно неиспользуемую, можно спокойно разобрать, так как графические файлы остаются на жёстком диске компьютера
• распечатывать полученный графический файл в трёх разных режимах: уменьшенных изображений на листе А4, лист А4 целиком, увеличенное изображение, разбитое на 4 листа А4;
• если к компьютеру подключён мультимедиа проектор то можно демонстрировать исследуемые объекты и все производимые с ними действия на мониторе персонального компьютера или на проекционном экране;
• нельзя не отметить, что использование цифрового микроскопа доставляет удовольствие ученикам, и конечно же подогревает интерес к изучению биологии.

При использовании световых микроскопов всеми учащимися на лабораторных работах у преподавателя возникает трудность в контроле за правильностью настройки микроскопов у учащихся – элементарно не хватает времени заглянуть в каждый микроскоп. Цифровой микроскоп позволяет решить и эту проблему: изображение выводится на экран и у учащихся появляется возможность сравнить увиденное на своем микроскопе с изображением на экране, в результате реальную помощь приходится оказывать только некоторым учащимся.

Как же проходит лабораторная работа с использованием цифрового микроскопа?

Этапы лабораторной работы:

• постановка целей и задач с помощью учащихся;
• объяснение строение объекта, с помощью его изображения, выведенного на большой экран;
• самостоятельная работа учащихся с микроскопами (индивидуально или в парах), при этом изображение с большого экрана убрано;
• зарисовка увиденного объекта, ответы на поставленные вопросы, запись выводов;
• сравнение своего рисунка с эталоном (на экране).

Надо сказать, что работа с микроскопом – один из наиболее любимых видов деятельности у учащихся любых возрастов. Использование цифрового микроскопа делает её еще более яркой, запоминающейся, да и самому учителю такая работа доставляет удовольствие.

При подготовке к работе эталонные изображения можно создать заранее, сфотографировав нужные объекты. Количество таких изображений со временем значительно увеличивается, поэтому мы создаем в компьютере несколько папок («Ботаника», «Зоология», «Человек» или другие) и в дальнейшем сразу сортировать фотографии по тематическим папкам.

Биология растений:

1. Использование электронного микроскопа

- Методы изучения живых организмов (наблюдение, Лабораторная работа «Изучение устройства увеличительных приборов»).

- Растительная клетка ( Лабораторная работа «Знакомство с клетками растений», «Обнаружение хлоропластов в клетках растений» с использованием цифрового микроскопа).

- Растительные ткани (Практическая работа «Строение растительных тканей»).

- Корень и корневая система (Лабораторная работа «Строение корня»).

- Опыление и оплодотворение (Практическая работа «Пыльник и пыльца», «Завязь и семязачаток»).

- Приспособленность организмов к среде обитания ( Лабораторная работа «Выявление приспособлений организмов к условиям разных сред обитания»(рассмотреть листья растений приспособленных к разным условиям обитания).

1.2 Использование датчиков относительной влажности, температуры.

В) тема урока «Транспорт воды и минеральных веществ в растении» 

- датчик относительной влажности ( практическая работа «Испарение воды листьями до и после полива»).

Практическая часть цель работы: Выяснить как влияет, полив растения на количество испаряемой воды

Оборудование: 

1. компьютер с программным обеспечением

2. измерительный Интерфейс

3. датчик температуры

4. датчик влажности.

Установка параметров измерений: • частота – каждую секунду; • замеры – 1000.

Порядок проведения эксперимента:

1. Подготовьте КПК (или ПК) для проведения опыта.

2. Одеть целлофановый пакет на спатифиллюм, поместить туда датчики температуры и влажности и плотно завязать пакет.

3. Провести измерения температуры и влажности, когда земля в горшке с растением сухая.

4. Проанализировать полученные данные.

5. Полить растения, вылив 2 литра воды.

6. Провести измерения температуры и влажности после полива.

7. Проанализировать полученные данные.

8. Сделать выводы.

Обработка и анализ результатов: Результаты измерений запишите в таблицу

Выводы: Сформулируйте выводы по вопросам. 1. Как влияет, полив на интенсивность испарения воды у растения?

Г) тема урока «Семя. Прорастание семян» (Практическая работа «Определение всхожести семян в зависимости от температуры проращивания»).

Одним из условий является температура. Опытным путем можно определить оптимальную температуру необходимую для прорастания семян используя датчик температуры.

Учащиеся делают вывод: при какой температуре наблюдается наибольшая всхожесть семян.

Зоология: (с помощью электронного микроскопа)

- Изучение одноклеточных животных. (Жизнь в капли воды под микроскопом)

- Изучение внешнего строения дождевого червя, наблюдение за его передвижением и реакциями на внешние раздражения. (рассмотреть щетинки, передний и задний конец, муфту)

- Изучение многообразия членистоногих по коллекциям. (рассмотреть особенности строения тела, конечностей, ротового аппарата насекомых)

БИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА:

- тема урока «Гигиена органов пищеварения».

- Лабораторная работа «Изучение кислотно-щелочного баланса пищевых продуктов»

Цель работы: изучить методику определения pH различных веществ.

Оборудование и материалы: цифровая лаборатория Rе1еon с датчиком рН, 6 мерных стаканов с пищевыми продуктами: питьевая вода, кока-кола, молоко, кофе, яблочный сок, минеральная и дистиллированная вода, энергетик.

Техника безопасности:

1. Перед началом работы освободите рабочее место от посторонних предметов.

2. Соблюдайте осторожность при работе с датчиком и растворами.

3. Точно выполняйте указания учителя при работе с ним в отношении порядка действий.

4. По окончании работы приведите в порядок рабочее место.

Порядок проведения эксперимента: 

1. Изучить рН в различных растворах продуктов питания.

2. Для измерений необходимо использовать датчик рН цифровой лаборатории.

3. После каждого измерения щуп датчика необходимо споласкивать в дистиллированной воде.

4. Результаты эксперимента занести в таблицу

2. Представление результатов наблюдений

Показатели рН объектов исследований

Выводы: 

1. Что такое рН?

2. Какая среда наиболее характерна для продуктов питания?

3. Определить степень агрессивности исследованных продуктов для ЖКТ?

4. Сделать выводы по проделанной работе.

Контрольные вопросы: 

1. Перечислите методы определения pH. Ответ: Универсальная индикаторная бумага, датчик рН.

2. Допустимо ли определение кислотно-щелочных свойств веществ органолептическими методами? Ответ: Нет (жидкость может не обладать запахом и цветом, но иметь высокую кислотность, что очень опасно для организма)

- глава Кровеносная система

(Практическая работа «Исследование работы кровеносной системы человека». Для организации последующей работы класс разделили на несколько групп и уроков.

- тема урока «Строение и работа сердца» Определить давление и пульс каждого члена группы, заполнить таблицу. Сравнить полученные данные со значениями среднестатистического человека возраста 13―14 лет. Сделать вывод и ответить на вопросы. Выбрать делегата, который доложит результаты работы и сделает вывод.

Предполагаемый вывод: Данные результатов измерения показывают, то что кровеносные системы участников группы имеют разные параметры давления и пульса. Результат сравнения с нормативными показаниями для данного возраста говорят о том, что у отдельных членов группы отклонения давления и пульса вызывают тревогу. Необходимо произвести более тщательное исследования в медицинском учреждении

- тема урока «Гигиена сердечно-сосудистой системы»:

1. Демонстрационные опыты «Нарушение кровообращения при наложении жгута» 

Цель работы: исследовать терморегуляторную функцию крови и доказать негативное влияние перетяжки на ткани и органы, построить график зависимости температуры кожных покровов от продолжительности наложения перетяжки.

Подготовка эксперимента:

1. Захватите датчик двумя пальцами так, чтобы примерно на длине в 2 см он соприкасался с кожей.

2. Подсоедините датчики к ПК. Включите и запустите программу Releon Lite.

3. В программе установите параметры измерений, открыв окно настроек при помощи кнопки «Настройка». Частота: 10 замеров/с. Замеры:5000. Проведение эксперимента

1. Приступайте к выполнению опыта, пока ваши пальцы свободны.

2. Начинайте регистрацию данных. Для этого нажмите кнопку «Старт» на панели инструментов ПК. Показания датчиков будут отображаться на экране в виде графика.

3. Записывайте данные не менее 30 с.

4. Не прекращая записи данных, быстро и туго обмотайте два пальца (каждый отдельно!) ниткой.

5. Продолжайте запись, отмечая внешние признаки нарушения кровообращения (покраснение, а затем и посинение покровов, снижение чувствительности), не более 7―10 минут.

6. Не прекращая записи данных, быстро снимите нитку.

7. Дождитесь стабилизации показаний датчика и остановите регистрацию, нажав кнопку «Стоп» на панели инструментов.

8. Сохраните полученные результаты, нажав кнопку «Сохранить»

Анализ результатов эксперимента

1. Рассмотрите график и сравните температуру в начале опыта с минимальной температурой, полученной в ходе измерений, и с температурой в конце опыта.

2. Отметьте на графике моменты наложения и снятия перетяжки.

3. Почему понижается температура изолированных перетяжкой пальцев?

4. Почему после восстановления нормального кровоснабжения температура пальцев несколько возрастает по сравнению с начальной?

5. Кожа человека обильно снабжена кровеносными сосудами. Многие капилляры образуют петли и анастамозы, позволяющие менять количество крови, протекающие через кожные капилляры. При сужении этих сосудов уменьшается теплоотдача. При их расширении выделение тепла увеличивается. Кроме того кровь в большом количестве протекает через потовые железы.

-  тема урока «Покровы тела. Строение и функции кожи».

«Выделительная и терморегуляторная функция кожи»

Цель работы: исследовать терморегуляторную и выделительную функцию кожи, выявить зависимость интенсивности потоотделения от температуры окружающей среды.

Оборудование и материалы: 1. ПК (персональный компьютер)

2. Датчик температуры , датчик влажности

3. Резиновое кольцо

4. Герметичный прозрачный пластиковый пакет

5. Настольная лампа

Подготовка эксперимента 1. Соберите установку опыта по приведенной схеме.

2. Подсоедините датчики к ПК.

3. Включите и запустите программу на ПК.

4. В программе установите параметры измерений.

Проведение эксперимента

1. Начинайте регистрацию данных. Для этого нажмите кнопку «Старт» на панели инструментов. Показания датчиков будут отображаться на экране в виде графика.

2. Наденьте пакет с датчиками на кисть руки и закрепите его в области запястья с помощью резинового кольца.

3. Записывайте данные в течение 5―6 минут.

4. Остановите регистрацию, нажав кнопку «Стоп» на панели инструментов и сохраните данные опыта.

5. Снимите пакет с ладони, извлеките датчики.

6. Возьмите другой пакет и снова соберите установку.

7. Выполните новый опыт (с теми же параметрами).

8. Начинайте регистрацию данных. Для этого нажмите кнопку «Старт» на панели инструментов. Показания датчиков будут отображаться на экране в виде графика.

9. Наденьте пакет с датчиками на кисть руки и закрепите его в области запястья с помощью резинового кольца или шнурка. Включите лампу и подвиньте её к пакету. Ведите запись данных в течение 5―6 минут.

10. Остановите регистрацию, нажав кнопку «Стоп» на панели инструментов.

11. Сохраните полученные результаты, нажав кнопку «Сохранить».

Анализ результатов эксперимента

1. Откройте файл первого эксперимента. Сравните температуру и влажность в начале и в конце опыта.

2. Откройте файл второго эксперимента. Сравните температуру и влажность в начале и в конце опыта.

3. Сравните влажность в конце первого и второго опытов

Анализ результатов опыта

1. Рассмотрите график и сравните температуру и влажность в начале и в конце опыта. Зафиксируйте временной период, в ходе которого произошли максимальные изменения.

Вопросы: 1. Почему повышается температура в пакете в ходе эксперимента?

2. Почему повышается влажность в пакете?

3. Почему во втором опыте влажность увеличилась быстрее и достигла более высокого значения, чем в первом опыте?

4. Почему летняя одежда делается из натуральных, а не синтетических тканей?

Общая биология

- Лабораторная работа № 3 «Плазмолиз и деплазмолиз в клетках растений»

Цель работы: изучить свойство полупроницаемости клеточной мембраны. Оборудование и материалы: предметные стека, покровные стекла, препаровальная игла, пинцет, пипетка, раствор йода, раствор NaCl, дистиллированная вода, фильтровальная бумага, микроскоп, сочные чешуи лука.

Техника безопасности: 

1. Перед началом работы освободите рабочее место от посторонних предметов.

2. Соблюдайте осторожность при работе с препаровальными иглами, предметными и покровными стёклами во избежание уколов и порезов.

3. Не допускайте попадания красителя на кожу, глаза и одежду.

4. Приступайте к работе только тогда, когда убедитесь в исправности микроскопа. Точно выполняйте указания учителя при работе с ним в отношении порядка действий.

5. По окончании работы приведите в порядок рабочее место.

Порядок проведения эксперимента: Приготовление микропрепаратов

1. На предметное стекло нанести каплю воды с помощью автоматического дозатора или обыкновенной пипетки.

2. Необходимо отделить тонкую кожицу от чешуи лука.

3. Поместить в каплю воды на предметном стекле кожицу лука и аккуратно расправить препаровальной иглой, накрыть покровным стеклом.

4. Настройте микроскоп. Столик должен быть опущен, свет сфокусирован в окуляре, диафрагма полностью открыта, установлено малое увеличение (4х10).

5. Разместите микропрепарат на предметном столике и поднимите его до конца. При этом следите, чтобы покровное стекло и объектив не соприкоснулись.

6. Медленно с помощью макровинта опускайте столик до появления чёткого изображения.

7. Рассмотрите состояние протопласта по отношению к клеточной стеке при большом увеличении (10х10), используя микровинт для настойки резкости. Зарисуйте микропрепарат с обозначением всех видимых органоидов клетки используя рисунок №1.

8. Произведите плазмолиз: каплю раствора NaCl пипеткой перенести к краю покровного стекла, а с противоположной стороны оттянуть жидкость фильтрованной бумагой.

9. Рассмотрите изменения, произошедшие в клетках, также при большом увеличении (10х10). Зарисуйте микропрепарат используя рисунок № 2.

10. Произведите деплазмолиз: каплю дистиллированной воды нанесите на край покровного стекла, а с противоположной стороны необходимо оттянуть жидкость фильтрованной бумагой.

11. Сделайте описание процессов, происходящих в клетках в гипертоническом и гипотоническом растворах. Обратите внимание! В рамках школьной лабораторной работы удобнее всего использовать красный сорт лука, не тратя время на приготовление раствора с красителем. Если вы решите работать с белым сортом лука, то для приготовление цитологического красителя к 5 мл водного раствора добавьте 2 капли раствора йода. Для того, чтобы произошел процесс деплазмолизасловарь лучше всего использовать раствор дистиллированной воды, но если ее нет, можно использовать водопроводную.

Выводы: Сформулируйте выводы по вопросам.

1. Какие изменения происходят с протопластом растительной клетки в растворе NaCl?

2. Какие изменения происходят с клеткой в дистиллированной воде?

3. Благодаря какой особенности клеточной структуры, сохраняется форма растительной клетки в процессе плазмолиза?