Цифровые датчики — технология, которая меняет правила обучения

Химия, физика, биология, география — естественные науки, которые должны со школьных лет формировать у детей объективную картину мира. То есть такую, которая основывается на двух фундаментальных принципах познания — математике и эксперименте.

Например, формула второго закона Ньютона — это математика.

Акселерометр, веса и динамометр, способный измерить и зафиксировать мгновенное значение силы, — это то, что необходимо для проведения этого эксперимента по подтверждению второго закона Ньютона. Не абстрактной формулировки, которую надо зазубрить, а реальной природы мира, в котором живут ученики, и частью которого является в том числе и их физические тела.

Можно ли реализовать такое простое практическое задание в каждой украинской школе?

Акселерометр, веса, динамометр... Ответ кажется очевидным.

Да!

И не только закон Ньютона, но и Авогадро, Архимеда, Гука, Паскаля, Освальда, Шарля, Ома, Бойля-Мариотта, Фарадея, Столетова и хоть бы и самих Гея с Люссаком: все химические и физические явления, какими бы сложными они не были, становятся доступными для практического изучения в школе — вместе с современными цифровыми датчиками Vernier.

Точность измерения, большая частота регистрации, цифровой формат данных, графическое представление результатов, трансляции по ходу исследования в режиме реального времени, легкие анализ и прогнозирование — это все о новых возможностях учебных демонстраций, лабораторных работ и исследовательских проектов с цифровым измерительным оборудованием.

В ассортименте производителя Vernier около 140 различных датчиков, которыми можно исследовать едва ли не все доступные для измерения физические и химические величины. Какая же специфика этого современного учебного оборудования?

Разновидности цифровых датчиков Vernier

В целом цифровые датчики делятся на две группы: проводные и беспроводные.

Преимущественно каждый датчик Vernier доступен одновременно в двух технических версиях. А некоторые беспроводные датчики способны выполнять не одну, а сразу несколько функций. Например, датчик силы Go Direct, кроме этого, регистрирует одновременно скорость и ускорение тела, а датчик относительной влажности — уровень СО2. Эти нюансы важно учитывать, чтобы подобрать действительно сбалансированный набор датчиков и необходимого сопутствующего оборудования под индивидуальные учебно-исследовательские потребности каждого учреждения.

Подключение датчиков

Для сбора и обработки данных все датчики Vernier требуют подключения к персональному информационному устройству с операционной системой не ниже Windows 10 macOS 10.11, ChromeOS 70 или iOS 11. Это может быть ноутбук, стационарный компьютер, планшет, смартфон, интерактивная панель, регистратор данных тому подобное.

Поскольку беспроводные датчики подключаются к другим устройствам с помощью Bluetooth-связи, стоит позаботиться о приобретении Bluetooth-адаптеров для тех девайсов, которые не поддерживают соответствующими встроенными модулями.

Чтобы информационный прибор мог работать с цифровыми датчиками, на него предварительно надо установить программу обработки и анализа данных Graphical Analysis. Это бесплатное приложение, и его актуальную версию всегда можно скачать с Google Play, App Store или официального сайта www.vernier.com.

Алгоритм соединения для беспроводных сенсоров должен быть следующим:

1. Включить датчик — тогда индикатор на его корпусе начнет мигать красным.
2. Убедиться, что на информационном устройстве включена Bluetooth-связь.
3. Запустить программу Graphical Analysis.
4. Выбрать в появившемся меню пункт «Измерения датчика». Программа должна автоматически найти и предложить датчики к подключению. Выбрать из списка измерительное устройство, которое нужно подключить. Если соединение корректно, индикатор на сенсоре замигает зеленым.
5. При подключении многофункционального датчика, дополнительно надо активировать каналы данных, которые нужны для измерения.
6. Нажать на «Готово». После этого можно начинать работу с измерительным устройством. Для этого в окне программы вверху есть опция «Начать измерения».
7. Если по каким-то причинам установить беспроводное соединение с датчиком не удается, работать с ним на компьютере или мультимедийной панели можно и с помощью USB кабеля.

Подключение проводных датчиков к информационному прибору происходит при посредничестве регистратора данных серии LabQuest. Для этого его подсоединяют к компьютеру, ноутбуку или любому другому операционному устройству с помощью USB кабеля или сети WiFi.

Чтобы работать с регистрационным устройством с помощью проводной связи, следует в настройках соединения регистратора данных позволить совместное использование с другими устройствами и включить просмотр через USB. Поэтому на устройстве, к которому происходит подключение, запустить программу Graphical Analysis и в меню выбрать пункт «Совместная работа». Затем надо обязательно ввести IP адрес регистратора данных в соответствующем поле программы — без этого соединения не произойдет. Стоит обратить внимание, что IP регистратора не является постоянным и изменяется в зависимости от типа соединения.

В случае установления беспроводной связи между LabQuest и информационным устройством сначала оба гаджета стоит подключить к одной сети WiFi, а затем синхронизировать их в программе Graphical Analysis так же, как и для проводного соединения.

Применение цифровых датчиков в обучении

Цифровые датчики Vernier — это современное средство обучения и познания окружающего мира. Они одинаково хорошо находят применение в начальной, средней, старшей школе, университете и даже в профессиональных научных исследованиях.

Благодаря простоте использования оборудования и работе с сенсорными технологиями, естественными для современных детей, на уроках с цифровыми датчиками происходит смещение акцента в проведении эксперимента с учителя на ученика, живая детская любознательность порождает все новые и новые вопросы и провоцирует более широкие, пусть и не всегда программные исследования. Это воспитывает в учениках актуальные в современном мире компетентности ответственности, умение работать в команде, способность мыслить критически, прогнозировать, интерпретировать и самостоятельно находить связи между явлениями и пр.

Возможность отслеживать изменение любых измерительных параметров в режиме реального времени создает для учащихся именно тот положительный «вау-эффект», который побуждает их к действительно заинтересованному и глубокому изучению тем, следовательно формируется четкое концептуальное понимание не только учебных дисциплин, а и самого главного — природы изучаемых явлений в школе.

С новейшими измерительными технологиями именно познавательный интерес учеников становится движущей силой обучения. Такие предметы как физика и химия, за которыми закрепился устойчивый общественный стереотип «тяжелых» дисциплин, становятся понятнее и ближе к реальной жизни учеников, ведь вдруг выясняются, как ежедневно и ежеминутно ребенок взаимодействует с множеством «абстрактных» химических и физических законов, которые благодаря цифровым датчикам становятся доступными для непосредственного практического «прощупывания», а следовательно превращаются в живой личный опыт.

Впрочем, какими бы современными ни были цифровые технологии Vernier, важно понимать, что они не являются готовым решением для успешного получения образования. Это всего лишь действенные инструменты, которые, тем не менее, не имеют ценности сами по себе. Научить детей сдавать ВНО на 200 или побеждать в конкурсе научных проектов от МАН они способны лишь в умелых руках учителя — только он может найти правильное время, место и особенности их применения, чтобы наиболее эффективно использовать весь учебный потенциал новейшего оборудования в условиях конкретного класса, с несколькими десятками учеников, которые находятся на разных уровнях развития и имеют свои отдельные образовательные потребности.

Умелое пользование этим практическим инструментом обучения будет по силам только такому учителю, который открыт к вызовам современного мира, готов к постоянному профессиональному развитию и изменений образовательной системы, в которой приходится работать.

Конечно, с новыми цифровым оборудованием выполнять любую классическую лабораторную работу станет намного легче. Но ограничивать их использование только этим — то же, что и забивать гвозди микроскопом. Ведь настоящая граница их применения так же дальновидна, как и сам процесс познания.

Доказать экспериментально, что в приповерхностных слоях атмосферы с набором высоты на каждые 11 м давление уменьшается на 1 мм, — пожалуйста. Определить время действия солнцезащитного крема разной степени защиты — без проблем. Практически показать, как меняется температура в замкнутой системе в зависимости от изменения давления или объема — нет ничего проще. Проверить уровень жесткости воды, взятой учеником из-под крана дома. Провести точное картографирование местности. Исследовать состояние воздуха в разных районах города. Эти и многие другие практических проблемы находят с датчиками Vernier простое и наглядное решение.

Другими словами, с новыми цифровыми возможностями программный материал можно эффективно наполнить тем практическим содержанием, которого ему так хронически не хватает в реалиях украинского образования. Следовательно наконец найти ответ на самый сложный вопрос ученика: «А где мне это потом пригодится в жизни?».

И, собственно, не потом, а уже, вот здесь, на уроке, который не только готовит к дальнейшей жизни, но именно ею и является.