Цифровые возможности традиционного физического оборудования

«Физика — это наука понимать природу», — величественно провозглашают стенды едва ли не в каждом кабинете физики. И уж точно в каждом кабинете физики самым действенным способом понимания этой самой природы всегда был и остается эксперимент. Вот только заинтересовать детей простыми физическими эффектами в эпоху виртуальных развлечений и гаджетов становится все труднее. Особенно это касается таких не слишком инновационных разделов, как, например, Молекулярная физика и термодинамика.

Однако цифровые технологии открывают новые возможности не только для развлечений, но и для образования. Поэтому попробуем разобраться, какие современные инструменты доступны учителю, что хочет «оживить» стандартный ход школьных экспериментов.

Термометр с Bluetooth

Набор для лабораторных работ по молекулярной физике содержит традиционный перечень оборудования для экспериментального изучения основных понятий и явлений молекулярной физики и термодинамики. Это калориметр, ведерко Архимеда, прибор для изучения газовых законов, чашка Петри, бюретка, колбы, капиллярные трубки, набор грузиков, веса, лейка ... — для ученического уха звучит не слишком увлекательно. Но маленькая деталь способна превратить это все в настоящую современную познавательную историю.

Речь идет о цифровой датчик температуры Vernier с технологией Go Direct. Если во время лабораторных работ заменить им обычный термометр, это не только расширит учебный потенциал стандартного оборудования, но и активизирует в самих учащихся интерес к экспериментированию.

Играть в физику: интереснее, чем Minecraft

Чео же особенного, с чем бы не справился обычный термометр, может добавить цифровой датчик температуры к экспериментам?

Таким образом, из назойливой игрушки под партой смартфон ученика превращается в реальный инструмент обучения.

STEM-образование на кончике сенсора

Существенным преимуществом датчика температуры Go Direct над обычным термометром является возможность с высокой точностью исследовать изменения температуры с течением времени. Эта функция учителю важный инструментарий для творческого переосмысления подходов к проведению лабораторных работ в рамках школьной программы в сторону их осовременивания, соответствии с требованиями проектного обучения и комплексного решения задач в STEM-области образования.

Рассмотрим на примере, как благодаря цифровому датчику температуры можно превратить обычную лабораторную работу «Определение удельной теплоемкости вещества» в 8 классе в актуальное экспериментальное задание по курсам физики, химии и биологии.

Жажда удельной теплоемкости

Жаркой летней поры актуальным вопросом для человека является утоления жажды. Для этого производители предлагают множество видов напитков: газированных и негазированных, сладких, цветных, бескалорийных, сокосодержащих... И, как правило, холодных. Известно, что с точки зрения химического состава не все они полезны для здоровья. Но кроме химического воздействия, все, что мы употребляем, взаимодействует с нашим телом также и физически. Что же все-таки выбрать?

По закону теплообмена холодная жидкость, попадая в желудок человека, забирает тепло у окружающих органов. Очевидно, таким образом меняется режим их работы. Причем, чем больше удельная теплоемкость жидкости, тем больше будет это влияние. Поэтому интересно исследовать, какую удельную теплоемкость по сравнению с обычной водой имеют различные прохладительные напитки, которые мы пьем для утоления жажды.

Как экспериментальные образцы можно взять такие охлажденные жидкости: обычную воду, подслащенную воду, газированную воду, воду с пищевым красителем и тому подобное.

Поочередно смешивая их с чистой водой комнатной температуры, с помощью цифрового датчика исследуем динамику теплообмена в каждом случае — и результаты экспериментальных наблюдений могут быть довольно неожиданными.

Например, согласно табличным значениям, удельная теплоемкость сахара почти в три раза меньше, чем у воды. И теоретически напрашивается вывод, что теплоемкость подслащенной воды также меньше, чем обычной. Однако проведенные эксперименты доказывают обратное — она, наоборот, больше. А значит, сладкая вода, достигая с человеческим организмом состояния теплового равновесия, поглощает от него больше энергии, чем обычная. То же применимо и к  подкрашенной пищевым красителем.

Экспериментально установив эти факты на уроках физики, далее в курсах биологии и химии ученики могут искать ответы на вопросы, почему свойства смеси веществ отличаются от пропорциональной суммы свойств каждого из компонентов смеси, как физические процессы теплообмена продуктов влияют на деятельность человеческих органов и организма в целом, разрабатывать модель «идеального» утолителя жажды и тому подобное.

Мы видим, сколько интересных вопросов из разных областей наук возникает, если решать экспериментальную проблему комплексно. А ведь это лишь один из примеров, как с помощью цифрового датчика температуры Go Direct можно расширить границы обычной лабораторной работы.

Хочется надеяться, что каждая школа вскоре получит такие возможности для качественного обучения. В конце концов, это уже не редкость, а жизненная необходимость — как смартфон, который есть у каждого ученика и учителя.

Также наша компания осуществляет полный методическое сопровождение и инструктаж на месте по использованию всего высокоточного лабораторного оборудования Vernier в учебном процессе.