Использование датчиков Vernier и робота MIDSTORMS NXT при организации и сопровождении исследовательской деятельности в рамках реализации ФГОС

Шайхитдинова Ирина Михайловна,

учитель биологии и валеологии

МБОУ СОШ № 30 г. Новоалтайска,

Заслуженный учитель РФ,

Член краевого губернаторского клуба

«Учителя – новаторы»

Использование датчиков Vernier и робота MIDSTORMSNXTпри организации и сопровождении исследовательской деятельности в начальных классах в рамках реализации ФГОС

Ускорение темпов обновления информационных технологий приводит к необходимости разработки адекватного содержания образования и соответствующих методов обучения. В условиях стремительного развития и расширения доступности открытых информационных сетей классическая схема передачи «готовых» знаний перестает быть главной задачей учебного процесса, снижается функциональная значимость и привлекательность традиционных методов обучения, что приводит к необходимости освоения новых педагогических средств и методов.

В связи с этим приоритетным направлением становится обеспечение развивающего потенциала новых образовательных стандартов. Отличительной особенностью нового стандарта является его системно-деятельностный подход, ставящий главной целью развитие личности учащегося.

Новые требования образования диктуют условия для создания современной образовательной среды, которая должна быть оснащена современным школьным оборудованием. Такое оборудование есть, важно определить его возможности в достижении конечных целей обучения, заложенных в образовательных стандартах.

Главным является не просто оснащение школьных кабинетов оборудованием, необходимо с помощью этого оборудования обеспечить преемственность в обучении на всех этапах образования. Именно такими возможностями обладает инновационное оборудование AFS^TM, разрабатываемое производственно-консультационной группой «Развитие образовательных систем». В состав комплекта AFS^TM для экспериментальной деятельностивходят датчики Vernier, с помощью которых возможно производить измерение и регистрацию различных параметров, а также программное обеспечение (ПО), позволяющее визуализировать все полученные данные.

Выдвигать и проверять гипотезы, делать обобщения, устанавливать причинно-следственные связи, формулировать выводы, анализировать информацию - все регулятивные, коммуникативные и познавательные умения, составляющие метапредметные результаты образования, легко достижимы при работе с датчиками Vernier. Диапазон применения датчиков в образовательном процессе неограничен, они успешно могут быть использованы при проведении демонстрационных и лабораторных работ на уроке, при организации исследовательской деятельности в урочном и внеурочном пространстве. Направления исследовательских работ могут быть самыми разнообразными. Возможности оборудования и программного обеспечения AFS^TM позволяют организовать исследовательскую деятельность школьников при определении показателей качества окружающей среды, при формировании навыков здорового образа жизни.

Одной из проблем, возникающих при организации и сопровождении исследовательских проектов школьников, является выбор темы исследования. Для того чтобы помочь учащемуся определиться с направлением и темой исследования, необходимо создать условия, при которых выявляется противоречие между имеющимися знаниями и новой информацией. В основе любой проблемы лежит противоречие, а тема отражает характерные черты проблемы. Главная задача учителя - научить видеть необычное в обычном, замечать сложности и противоречия там, где другим все кажется привычным и ясным. Самый простой способ развить умение видеть проблемы - учить смотреть на одни и те же предметы с разных точек зрения. Припроведении демонстраций с использованием датчиков Vernier и методического обеспечения AFS^TM  можно создавать противоречивые ситуации, которые будут способствовать формированию мотивации на участие хотя бы в самой маленькой исследовательской работе. Важным моментом является то, что появляется возможность осуществлять интеграцию между отдельными предметами внутри предметной области, а также между различными предметными областями.

При организации работы с датчиком силы (ручной динамометр), можно протестировать детей на предмет выявления кто из них левша, правша. Очень неожиданным для обучающихся является определение того , что многие из них являются амбидекстры. В результате определяется проблема, которая может стать основой исследовательской работы по теме «Леворукие и праворукие: какие мы?». Целью данного исследования может быть выявление взаимосвязи между развитием полушарий головного мозга и реализацией способностей участников эксперимента.            

Программное обеспечение содержит в себе ряд разделов, которые можно использовать при организации работы с дополнительной информацией.

Изучение информации к эксперименту, которая размещена в разделе «Теория», позволяет определить направления и темы исследования в области сохранения здоровья и занятия спортом. Тематика исследовательских работ по данным направлениям может быть различная, например «Исследование возможностей диагностики нервно-мышечных проблем с помощью силы ручного жима» и «Сила ручного жима и его влияние на выбор спортивной секции».

Определение цели, задач, объекта и предмета исследования, выдвижение гипотезы – это те умения, которые составляют методологию научного познания и формируют проектно-исследовательскую компетенцию.

При проведении демонстрационного опыта «Изучение степени защиты солнечных очков от ультрафиолета» учащимся можно предложить определить цель исследования. Сначала необходимо познакомить с тем, что цель выступает критерием оценки результата исследования, на достижение которого направлена деятельность исследователя. Она формируется кратко, точно, выражает то основное, что намеревается сделать исследователь.

Изучив информацию из разделов «Теория» и «Справка» ПО, проанализировав результаты эксперимента, учащиеся могут быть предложены следующие цели предполагаемых работ: «Изучение неблагоприятного влияния ультрафиолета на кожу и глаза человека», «Выявление способов защиты от ультрафиолета», «Определение основных характеристик при выборе солнцезащитных очков».

После того как цель определена необходимо выбрать методы исследования. Учащиеся должны иметь представление о том, что метод исследования – способ, с помощью которого достигаются цели и решаются задачи исследования.

Метод наблюдения – представляет собой активный познавательный процесс, опирающийся на работу органов чувств. Наблюдение как средство познания дает первичную информацию о мире. Используя программное обеспечение, можно провести наблюдение за состоянием сердечно-сосудистой системы человека в стрессовой ситуации. Чаще всего в понимании школьников это реакция их организма на какие-то ситуации, связанные с нервными переживаниями. Большим открытием для них является тот факт, что кашель, резкий перепад температуры способны ввести наш организм в стрессовое состояние. С помощью датчика частоты сердечных сокращений (пульсометра) можно провести эксперимент «Изменение частоты сердечных сокращений во время кашля», который позволяет пронаблюдать реакцию сердца на кашель. Эксперимент «Изменение частоты сердечных сокращений до и после стрессового воздействия» обеспечивает наблюдение за реакцией сердца на периферическое воздействие холодом. Эти эксперименты расширяют представление школьников о возможных объектах наблюдения.

Метод сравнения – позволяет установить сходство и различие предметов и явлений действительности. Сравнение должно вестись за существенными, важными признаками. Демонстрация «Изучение функционального состояния сердечно-сосудистой системы до и после физической нагрузки» дает возможность сравнить изменения кровяного давления и частоты сердечных сокращений до и после физических нагрузок. Следовательно, этот эксперимент может быть использован при выполнении работ, целью которых является формирование навыков здорового образа жизни. Такие же возможности позволяют реализовать эксперименты к демонстрациям «Изучение функциональной активности сердечно-сосудистой системы» (сравнивается частота пульса за разные отрезки времени), «Изучение функции дыхания человека» (сравнение частоты дыхательных движений до и после физических нагрузок).

Метод измерения – это определение численного значения некоторой величины посредством единицы измерения. С помощью датчика содержания кислорода и датчика температуры можно провести эксперименты «Изучение потребления кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе», «Исследование изменений температуры и концентрации кислорода во вдыхаемом и выдыхаемом воздухе». Результаты измерений позволяют сделать выводы об образе жизни, который ведет исследуемый, разработать рекомендации, провести мониторинг над состоянием организма.

Актуальной целью школьного исследования является формирование культуры правильного питания. Навык определения «правильных» и «неправильных» продуктов как одного из аспектов рационального питания необходимо формировать с детства. Формировать его можно по-разному, но более наглядным является экспериментальное исследование процессов пищеварения. Так как этот процесс является внутренним, то для визуального изучения мы можем воспроизвести его с помощью датчика содержания pH и экспериментальной части к нему. Исследование активности фермента желудочного сока пепсина в растворах различной кислотности позволяет нам рассмотреть процесс пищеварения в желудке и выяснить, при каких значениях pH он наибоее активен. Кроме того наглядно увидеть, какие пищевые продукты замедляют или ускоряют процесс расщепления белка, а также степень их воздействия на стенки желудка. С помощью того же датчика можно исследовать изменение pH яблочного сока под действием слюны человека.

Для выполнения исследовательской работы обязательным является сохранение всех, даже промежуточных результатов, которые в дальнейшем подвергаются тщательному анализу и позволяют сделать выводы и оформить заключение по исследованию. Для того, чтобы сохранить полученные данные достаточно воспользоваться кнопкой «Сохранить», если есть необходимость получить текстовую информацию, то можно воспользоваться кнопкой «Печать».

Одним из направлений организации активной познавательной деятельности является развитие научно-технических способностей учащихся в рамках учебной и внеурочной деятельности.        

Современное оборудование и обеспечивает межпредметную интеграцию и развитие творческих способностей через использование робототехники. Возможности робототехники расширяются, если использовать LEGO-робота как цифровую естественно-научную лабораторию, для этого необходимо объединить возможности робота MINDSTORMS NXT с датчиками Vernier. Использовать такой робототехнический комплект на уроках биологии нецелесообразно, но можно для внеурочной деятельности учащихся. Появляется возможность осуществления ряда небольших исследовательских работ, при проведении которых формируется абсолютно новый опыт исследовательского поведения в результате взаимодействия учащихся разного возраста. Наиболее эффективна организация групповых исследований, в ходе которых учащиеся приобретают опыт работы в команде. Так как одним из направлений такой деятельности является сборка и программирование самих роботов, то учащиеся, хорошо владеющие ИКТ-компетенциями, обладающие техническим складом ума, берут на себя выполнение подготовки оборудования к исследованию. Учащиеся, владеющие исследовательскими компетенциями, реализуют экспериментальную часть.

Таким образом, могут быть организованы исследования по измерению качества атмосферного воздуха, мутности и pH фактора воды в природных водоемах, pH фактора почвы. С помощью датчика содержания кислорода возможно проведение экспериментальной части к исследовательской работе «Роль растений в накоплении кислорода». Датчик УФ-излучения спектра В, адаптер NXT и интеллектуальный блок LEGO NXT позволяют осуществить сбор данных о степени защиты от ультрафиолета с максимальной точностью, так как калибровка датчика проводится с помощью программного обеспечения. При этом даже не обязательной является сборка модели робота, что сокращает время проведения экспериментальной части.

Главная задача современного учителя состоит в том, чтобы научить учиться, помочь учащимся самостоятельно осваивать знания и создавать собственные образовательные траектории, а также формировать качества личности и ценностные отношения к окружающей действительности. Эффективные решения возможны только с использованием инновационного оборудования. Это позволит учителю построить свою работу, опираясь на конкретный опыт учеников, а также воспользоваться междисциплинарным подходом, который интегрирует содержание предметов и позволяет учитывать способности каждого.

Приложение

Проект: Робот – термометр

Проект: « Робот – прудское хозяйство»

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/389744-ispolzovanie-datchikov-vernier-i-robota-midst