Лабораторные опыты по молекулярной физике с цифровой лабораторией «Архимед»

Цифровая лаборатория предоставляет возможность организовать исследовательскую деятельность в профильных естественнонаучных классах на уроках, факультативах и спецкурсах по экологии и биологии. Например, в рамках факультативного курса «Экология города» (10 класс) проводятся работы: «Исследование влияния растительности на микроклимат города», «Исследование влияния теплового загрязнения на абиотические факторы водной среды», «Измерение и оценка параметров микроклимата рабочего помещения». На спецкурсе «Экология растений» (10 класс) и в курсе «Общей биологии» (10 класс) предлагается провести не только традиционный эксперимент по изучению фотосинтеза, но и с применением цифровых датчиков при исследовании влияния освещенности на скорость фотосинтеза.

Последовательность действий по выполнению эксперимента с использованием цифровой лаборатории в наибольшей степени для учителя представляется в следующем виде.

I. Подготовительный этап: формулировка цели и задач исследования; выдвижение гипотез о процессе, средствах и результатах деятельности; разработка метода решения задачи на основе имеющихся знаний (создание схемы экспериментальной установки, выбор приборов и материалов, порядок подготовки эксперимента, порядок проведения эксперимента; методика анализа полученных данных).

II. Этап выполнения действий по созданию экспериментальной установки и получению первичных данных: сборка и наладка экспериментальной установки; проведение наблюдений и измерений; фиксирование полученных данных.

III. Этап обработки и интерпретации результатов измерений и наблюдений: расшифровка, преобразование, математическая обработка, обобщение, интерпретация полученных данных, формулировка выводов.

Проектно-исследовательской работы «Измерение и оценка параметров микроклимата температуры и влажности школьного кабинета».

Цель: исследовать изменения температуры, влажности в рабочем помещении до начала урока и после урока и выявить влияние естественной вентиляции на климат внутри помещения.

Задачи:

• 1. измерить температуру и влажность в рабочем помещении в течение урока (40 минут) при закрытых окнах и дверях
• 2. измерить температуру и влажность в рабочем помещении при открытых окнах и дверях в течение перемены (10 минут).

Схема экспериментальной установки Штатив в виде треноги, установленный в центре исследуемого помещения с укрепленными на нем датчиками, которые подключены к регистратору данных USB Link.

Приборы и материалы: ноутбук, регистратор данных USBLink, датчики температуры, влажности, штатив, соединительные провода для датчиков.

Подготовка эксперимента.

• 1. Выберите кабинет для исследования.
• 2. Установите штатив в центре помещения.
• 3. Разместите на штативе датчики на высоте 1−1,5 метров.
• 4. Закрепите ноутбук и подключенный к нему регистратор данных USBLink на штативе или рядом с ним.
• 5. Запустите программу MultiLab.
• 6. Подсоедините датчик влажности к Входу 1(I/0−1) регистратора данных USBLink.
• 7. Подсоедините датчик температуры к Входу 2(I/0−2) регистратора данных USBLink.
• 8. Нажмите кнопку Настройка регистратора на основной панели инструментов программы MultiLab[2].
• 9. Запрограммируйте регистратор: Частота — каждую секунду, замеры — 100.

Проведение эксперимента.

• 1. При закрытых окнах и дверях в кабинете с учащимися начинайте измерения, нажав кнопку Пуск на основной панели инструментов программы MultiLab.
• 2. Через 40 минут откройте окна и двери, выпустите учащихся из кабинета.
• 3. Подождите 10 минут и нажмите кнопку Стоп.
• 4. Сохраните свои данные, нажав кнопку Сохранить.

Анализ результатов эксперимента С помощью курсора исследуйте кривые климатических параметров и ответьте на следующие вопросы: В какой момент кривые графиков температуры и влажности стабилизируются? Какие изменения наблюдаются на каждой кривой?

Вопросы: Как влияет наличие людей в помещении на интенсивность изменения температуры и влажности? Достаточно ли времени для проветривания, чтобы температура понизилась?

В заключение отмечу, что цифровые лаборатории — это совершенно новый подход к организации экспериментальной деятельности в биологии и экологии, что значительно повышает качество образования.