Использование лабораторного оборудования нового поколения для развития исследовательских компетенций обучающихся

Аватар пользователя anna42

Незнанова О.А., учитель географии МАОУ «Татановская СОШ»
Антимонов О.С., тьютор МАОУ «Татановская СОШ»

Системно-деятельностный подход, положенный в основу федерального государственного стандарта общего образования находит свое отражение в практико-ориентированной деятельности учащихся. Во главу угла ставится личность обучающегося, ее самобытность, самоценность. Выпускнику школы, чтобы быть компетентным в окружающем мире, необходимо освоить те аспекты деятельности, которые становятся важным инструментом в решении практико-ориентированных задач его профессиональной деятельности в будущем.
Большое внимание уделяется учебно-исследовательской деятельности учащихся.
Приоритетные цели естественнонаучного образования:
-формирование ключевых компетенций школьников;
-формирование современного научного мировоззрения;
-подготовка учащихся к инновационной, творческой
проектно-исследовательской деятельности.
Стандарт определяет исследовательскую деятельность школьников как ведущую технологию обучения, причем в интеграции общего и дополнительного образования и с активным использованием социума эта технология будет еще более значительной. Формирование ключевых компетенций, к которым относится исследовательская, должно стать одним из результатов общего среднего образования, а проектирование и исследовательская деятельность – новым содержанием.
Согласно определению А. В. Хуторовского, «исследовательская компетенция» - это знания, представления, программы действий, системы ценностей и отношений, которые затем выявляются в исследовательской компетентности в деятельностных, актуальных проявлениях».
Формирование исследовательских компетенций позволит обучающимся глубже осознать теоретические основы предметов естественнонаучного цикла и их практическое значение, что будет способствовать тому, что нерешаемые, на первый взгляд, проблемы станут достаточно простыми.
Кроме того, Федеральный Государственный образовательный стандарт основного общего образования в одном из пунктов, касающихся результатов освоения основной образовательной программы по физике, химии, биологии, географии предполагает приобретение опыта применения научных методов познания, наблюдения природных явлений, проведения опытов, простых экспериментальных исследований, прямых и косвенных измерений с использованием аналоговых и цифровых измерительных приборов.
Лабораторное оборудование нового поколения дает новые возможности развития исследовательских компетенций.
Новейшее оборудование позволяет проводить эксперименты, которые без него в школе выполнить было невозможно. Обучающиеся активно включаются в исследовательскую деятельность, самостоятельно решая поставленную задачу. Это способствует формированию познавательного интереса, логического мышления, творческой самостоятельности, более ранней профессиональной ориентации обучающихся, позволяет устанавливать причинно-следственные связи, тренирует навыки учащихся по выполнению инструкций, описывающих реальные экспериментальные действия.
Более эффективное вовлечение обучающихся в проектную и исследовательскую деятельность возможно при правильном оснащении, организации исследовательской деятельности обучающихся. Все это возможно, как на уроках биологии, химии, географии, так и во внеурочное время в рамках курсов внеурочной деятельности «Экодом», «Химия в технологиях агробизнеса», программ дополнительного образования «Исследователь», «Ландшафтный дизайн», «Школьное лесничество», работы школьного научного общества «Шаг в будущее». Поэтому важно, чтобы школа развивалась, шла в ногу с достижениями науки, использовала в обучении современные средства и оборудование для организации исследовательской деятельности.
В школе активно внедряются в учебный процесс современные цифровые лаборатории – оборудование нового поколения школьных естественнонаучных лаборатория. Цифровые лаборатории позволяют значительно сократить время на организацию и проведение работ, повышают точность и наглядность экспериментов, предоставляют практически неограниченные возможности по обработке и анализу полученных данных. Они мобильны и предназначены для проведения лабораторных и практических работ, как в помещении, так и в походных условиях.
Для успешной реализации проектной и исследовательской деятельности по дисциплинам естественнонаучной направленности школой приобретены: лабораторный комплекс для опытов по биологии и химии SenseDiscBiochemistry, прибор СОЭКС Эковизор F4, метеостанция Vantage Pro2, цифровая лаборатория «Архимед», Лабдиски по биологии, химии, окружающему миру, цифровой микроскоп, исследовательские «лаборатории в чемоданах».
Цифровое оборудование: лабораторный комплекс SenseDiscBiochemistry, цифровая лаборатория «Архимед», Лабдиски Гломир, позволяет организовать преподавание биологии, химии, экологии, окружающего мира на современном уровне, способствующем межпредметной интеграции и повышению учебной мотивации школьников.
Цифровые лаборатории сочетают наглядные учебные эксперименты при изучении предметов естественнонаучного цикла с преимуществами цифровой регистрации параметров, когда полученный результат выводится непосредственно на дисплей цифрового устройства.
Они предоставляют возможность:
- формировать и развивать компетентности в области использования информационно-коммуникационных технологий;
- проводить не только качественные, но и количественные исследования при проведении эксперимента, сократить время на его подготовку и проведение;
- повысить наглядность эксперимента и визуализацию его результатов, модернизировать и расширить список экспериментов;
- выполнять исследования в полевых условиях;
- осуществлять учебные проекты, целью которых является достижение личностных, метапредметных и предметных результатов обучения школьников при интеграции различных естественнонаучных дисциплин.
Применение лабораторного комплекса способствует выполнению ряда требований ФГОС к результатам освоения основной образовательной программы школы при изучении предметной области «Естественнонаучные предметы»:
- формированию научного подхода к решению различных задач;
- совершенствованию умений формулировать гипотезы, конструировать, проводить эксперименты, оценивать полученные результаты;
- развитию умения сопоставлять экспериментальные и теоретические знания с объективными реалиями жизни;
- овладение экосистемной познавательной моделью и ее применением в целях прогноза экологических рисков для здоровья людей, безопасности жизни, качества окружающей среды;
- формированию умений безопасного и эффективного использования лабораторного оборудования, проведения точных измерений и адекватной оценки полученных результатов, представления научных аргументов своих действий, основанных на межпредметном анализе учебных задач.
Цифровые лаборатории позволяют получать и анализировать практически все химические и биологические данные, доступные для наглядного проведения при реализации основной образовательной программы начального, основного и среднего общего образования.
Лаборатории используются педагогами школы на уроках химии, биологии, географии, окружающего мира, на занятиях объединений дополнительного образования «Юный овощевод», «Юный исследователь», в рамках курсов внеурочной деятельности «Химия в технологиях агробизнеса», «Экодом», занятиях школьного научного общества. Обучающимися школы выполнено большое количество исследовательских работ и проектов: «Анализ качества молочных продуктов», «Анализ качества почвогрунта», «Определение качества водопроводной воды», «Изменение экологического состояния помещений школы», «Измерение кислотности различных напитков», «Влияние проветривания на микроклимат класса», «Влияние кислотности почвы на видовой состав растений» и др.
Прибор СОЭКС Эковизор F4 предназначен для:
- экспресс-анализа содержания нитратов в свежих овощах и фруктах;
- оценки уровня радиационного фона и обнаружения предметов, продуктов питания, строительных материалов, зараженных радиоактивными элементами;
- определения качества воды.
Эковизор F4 используется педагогами школы на уроках географии, биологии, на занятиях объединений дополнительного образования «Юный исследователь», в рамках курсов внеурочной деятельности «Химия в технологиях агробизнеса», «Экодом», занятиях школьного научного общества. С использованием прибора выполнены работы: «Анализ овощей пришкольного учебно-опытного участка на содержание нитрат-ионов» (в рамках проекта «Агро-академия»), «Цветущая вода – источник вторичного загрязнения», «Мониторинг уровня радиации пришкольной территории» и др.
Метеостанция Vantage Pro2 предназначена для отображения и сбора информации о метеоусловиях. Работа с метеостанцией позволяет:
- использовать современные технологии для изучения атмосферы;
- наблюдать изменения в погодных условиях, фиксировать необходимые данные, вычислять средние месячные температуры, строить графики месячного хода температуры, вычерчивать розу ветров, диаграмму облачности, составлять описание погоды за сутки, месяц;
- развивать умение сравнивать типичные погоды одного и того же месяца за разные годы, анализировать, делать выводы, пользуясь различными методами;
- осознавать значение исследования погодных условий для различных отраслей хозяйства.
Наблюдение за погодными условиями имеет огромное значение для хозяйственной деятельности человека, комплексного изучения региональных природных условий, народного хозяйства, развития промышленности и транспорта, медицинских и санитарных нужд, рекреационной деятельности.
В сельскохозяйственном производстве, что актуально для нашей школы при выращивании сельскохозяйственной продукции на учебно-опытном участке, метеостанция позволяет выявить оптимальные сроки сева и посадки сельхозкультур по метеорологическим показателям.
Метеостанция Vantage Pro2 используется педагогами школы на уроках географии, окружающего мира, на занятиях объединений дополнительного образования «Юный исследователь», «Юный овощевод» в рамках курсов внеурочной деятельности «Экодом», занятиях школьного научного общества.
С использованием метеостанции выполнены работы: «Погода и здоровье человека», «При каких условиях возникает туман?», «Изменения климата. Можно ли прогнозировать погоду?», «Как изменить влажность воздуха?», проект «Солнечные часы, ведется мониторинг погодных условия с. Куксово.
Цифровой микроскоп – разновидность традиционного оптического микроскопа, который использует оптику и цифровую камеру для вывода цифрового изображения на монитор компьютера. Программная поддержка позволяет не только рассматривать объекты на экране компьютера, но и делать фото- и видеосъемку изучаемых объектов.
С использованием цифрового микроскопа выполнение практических и лабораторных работ проходит на качественно новом уровне.
Цифровой микроскоп дает возможность:
• изучать исследуемый объект не одному обучающемуся, а всей группе одновременно, так как информация выводится на монитор компьютера;
• использовать изображения объектов в качестве демонстрационных таблиц;
• изучать объект в динамике;
• создавать презентационные фото и видеоматериалы по изучаемой теме в проектной деятельности;
• использовать изображения объектов на бумажных носителях.
Кроме цифрового оборудования педагогами школы широко используются, так называемые, «лаборатории в чемодане». Это - мини-экспресс-лаборатория «Пчёлка-У/почва», «Я – эколог» - многофункциональная лаборатория, мини-экспресс-лаборатория «Пчёлка-У/м», ранцевая почвенная лаборатория РПЛ и др. Эти лаборатории оснащены необходимыми тестовыми средствами, реагентами и оборудованием экологического практикума и учебно-исследовательских работ, реализуемых в образовательных курсах естественнонаучного цикла: оценка показателей состояния окружающей среды, доброкачественности и безопасности продуктов питания, для определения количества диоксида углерода в воздухе, тестовой оценки состава воды и почвы, для оценки основных химических, а также морфологических и физических показателей состояния почв и почвогрунтов, непосредственно в полевых условиях.
Одним из последних проектов, выполненных с использованием современного оборудования, является проект «Разработка модели робота-дрона для системы точного земледелия».
Уже сегодня беспилотники для сельского хозяйства позволяют осуществить переход к точному земледелию – так называется комплексная система агроменеджмента, при которой с помощью высокотехнологичного оборудования более продуктивно выращивают урожай, основываясь на анализе состояния почвы и внешних факторов.
В рамках проекта создана и апробирована модель робота-дрона на основе комплекса «Жужа» с функциями сбора данных об окружающей среде и визуального мониторинга пространства в режиме реального времени.
В ходе работы над проектом был апробирован датчик влажности – гигрометр на платформе Arduino, который отслеживает уровень влажности почвы во время облета квадрокоптером пришкольного участка.
Реализация проекта позволила не только осуществлять полноценный уход за растениями, но и в будущем может способствовать экономии на системе автополива.
В процессе самостоятельной проектной и исследовательской деятельности обучающиеся приобретают умения наблюдать и изучать явления и свойства веществ и тел; выдвигать гипотезы; отбирать необходимые для проведения экспериментов приборы; выполнять измерения; описывать результаты наблюдений; 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 традиционными используются цифровые измерительные приборы и системы.
Несмотря ни на что, уважаемые педагоги, сколько радости испытывают ученики, когда они находятся в поиске вместе с учителем. Что может быть интереснее для нас, педагогов, чем следить за работой мысли наших учеников, иногда направлять их по пути познания, а иногда и просто не мешать, суметь вовремя отойти в сторону, дать насладиться радостью своего открытия.