На помощь учителю: 5 практических советов, как провести исследовательскую работу в условиях дистанционного обучения

8-24 января 2021 в Украине усиливают карантин. В письме №1/9-692 от 15 декабря 2020 года МОН предоставило рекомендации по работе школ в этот период. Предлагается в частности организовать обучение в дистанционном формате или объявить каникулы.

В то же время для помощи по внедрению дистанционного и смешанного обучения 11 декабря МОН совместно с общественной союзом «Освитория» запустили образовательную платформу «Всеукраинская школа онлайн».

Из первых же уроков, размещенных на платформе, можно сделать вывод, что обучение на ней построено по наиболее традиционной методике — в виде лекций. То есть учитель транслирует информацию в уже готовом обработанном виде, а это не способствует длительному запоминанию и применению знаний на практике. Но еще один большой недостаток — это отсутствие в онлайн-уроках демонстрационных и практических экспериментальных работ, без которых изучение предметов естественнонаучного цикла фактически теряет смысл. Итак, учителя физики, химии, биологии и географии и дальше остаются один на один с проблемой реализации государственных программ в части деятельностного компонента и проведения учебных опытов в условиях дистанционного обучения.

Методики организации лабораторных и практических работ

Организовать дистанционные лабораторные работы — вполне реальная задача.

Предлагаем 5 методик, доступных каждому украинскому учителю.

Из-за недостаточного оснащения школьных кабинетов учителя много лет вынуждены придумывать, как проводить учебные экспериментальные работы буквально «на пальцах» — с помощью подручных средств и недорогих аналогов измерительных приборов.

И в условиях дистанционного обучения этот вынужденный опыт становится преимуществом. Ведь если можно провести эксперимент «из ничего» в школьных стенах, то и его воспроизведение учащимися дома тоже не составит проблемы — конечно, при условии качественного инструктажа и полного перечня необходимого оборудования, заранее подготовленного учителем. Причем такие инструкции могут быть не только текстовыми, но и сопровождаться учительским видео и ссылками на подобные опыты, выполненные ранее.

Поэтому каждому ребенку или группе учеников остается поставить эксперимент с другими количественными показателями и провести соответствующие расчеты и теоретические обоснования. Подтверждением самостоятельного выполнения лабораторной работы может быть видео или фотоотчет.

К примеру, такую форму работы давно практикует финалистка премии «Global Teacher Prize Ukraine – 2019» Наталия Пашковская. Учительница еще задолго до вынужденного карантина ввела декады домашних экспериментов, во время которых дети снимали проведение экспериментов по физике, химии, биологии и естествознания.

Интересно, что в домашних условиях можно реализовать не только простейшие экспериментальные работы, но и некоторые более сложные, требующие специального оборудования. А именно лабораторную работу по измерению длины световой волны в 11 классе. В учебной лаборатории для этого опыта необходимо иметь дифракционную решетку и специальный прибор по определению длины световой волны.

Однако вместо дифракционной решетки можно использовать CD-диск, понадобятся также направленный источник света (для точности эксперимента можно попросить учеников найти лазеры двух разных цветов и полихромный фонарик), белый лист бумаги и линейка.

Направив на диск поочередно зеленый, красный лазер и фонарик, дети получат различные дифракционные картины — чередование ярких световых пятен (максимумов). А зная, что шаг между дорожками ≈1,5 мкм, по расстояниям от диска к экрану и между максимумами различных порядков можно определить длину световой волны λ для каждого из источников. В завершение останется сравнить эти значения с табличным для заданного цвета волны.

Дифракция на CD диске, физический эксперимент в домашних условиях

Расширить границы домашних экспериментов можно с помощью еще одного подручного средства — смартфона. Это мультифункциональное устройство доступно сегодня большинству учеников. Кроме того, что он является одним из основных приборов доступа ребенка к дистанционному обучению, этот гаджет может выполнять роль также и измерительной минилаборатории, ведь имеет ряд встроенных датчиков. В зависимости от уровня устройства, это:

1. акселерометр;
2. гироскоп;
3. датчик приближения;
4. датчик освещенности;
5. датчик Холла;
6. компас;
7. барометр;
8. датчик влажности;
9. датчик сердцебиения;
10. GPS-датчик;
11. генератор звука и другие.

Для активации всех измерительных функций следует установить на смартфон приложение «Научный журнал Google». С помощью этой программы можно измерять доступные величины, сохранять сведения в памяти устройства, создавать триггер к экспериментам, представлять данные графически.

Научный журнал Google упрощает пользование встроенными датчиками смартфона  

Со сматрфоном целесообразно будет выполнять, например, одну из лабораторных работ в программе по физике для 9 класса — исследование звуковых колебаний различных источников звука с помощью современных цифровых средств. Но и многие другие эксперименты, в которых надо работать с параметрами, доступными для измерения этим прибором, можно адаптировать под реалии дистанционного обучения.

Хорошей альтернативой выполнению лабораторных работ, которые невозможно или даже опасно проводить дома, могут стать видео-опыты, снятые в привычных лабораторных условиях.

В целом идея видеолабораторних работ не новая. На Youtube-канале электронных книг «Утро» еще более пяти лет назад было размещено приложение к учебникам по видеонаочностям и экспериментам на украинском языке. Достаточно видео-опытов и на других специализированных украинских и иностранных каналах.

Каждому учителю сегодня под силу снять опыты по собственной методике, которая будет наиболее оптимальной для уровня учащихся в его классах. Эти практические работы учитель может снимать в собственной лаборатории, а в случае отсутствия некоторых приборов — кооперироваться с учителями из других школ. В таком случае уместно делать универсальные видео с ходом проведения экспериментов, а вот конкретные параметры измерений для различных групп учеников задавать тоже разные, чтобы теоретическую и аналитическую части работы они выполняли самостоятельно.

С технической стороны несколько труднее организовать трансляции лабораторных работ вживую, но благодаря интерактивности, привлечению детей к решению экспериментальной проблемы с помощью технологий удаленного доступа, использования общих досок (например, Google Jamboard), проблемного подхода к обучению такие работы могут быть очень эффективными.

Другой подход к дистанционным лабораторных работ нужен при изучении тех явлений, которые требуют именно собственноручной практической деятельности, а не просмотра видеоконтента, но одновременно не позволяют проводить опыты в домашних условиях. Это касается, например, таких разделов как «Электрические явления. Электрический ток» в 8 классе или «Электродинамика» в 11 классе, ведь без самостоятельной сборки учениками электрических цепей уроки из этих тем представить трудно.

В таком случае можно прибегнуть к вспомогательным инструментам, а именно — виртуальным симуляторам.

Виртуальная лабораторная работа по электричеству

Среди ресурсов по виртуальным экспериментам наибольшее распространение среди учительского сообщества получили: 

1. myphysicslab.com — на этой странице размещено 52 виртуальных эксперимента. Интерфейс доступен только на английском и немецком языках.
2. vlab.co.in — ресурс для изучения химии и физики на высоком уровне. Для работы также нужно владеть английским.
3. virtulab.net — русскоязычный сайт с большой базой структурированных виртуальных экспериментов по химии, биологии, физики и экологии. Информации о разработчиках нет.
4. chemcollective.org — приложение-симулятор химической лаборатории, которое позволяет ставить некоторые опыты по неорганической химии.
5. tinkercad.com — онлайн-приложение, которое позволяет проектировать 3D-объекты, исследовать законы электродинамики, внедрять дистанционное STEM-образование на базе значительного количества виртуальных элементов Arduino.
6. lifeliqe.com — большая виртуальная библиотека учебных 3D-визуализаций по биологии, физике, химии, математике, астрономии и естествознанию. Сайт имеет удобный интерфейс и интерактивные возможности по адаптации контента под свой урок, в настройках доступен также и украинский язык. В целом пользование платное, но, при условии регистрации, доступен временный бесплатный период с неограниченным доступом ко всем материалам.
7. phet.colorado.edu — пока что один из самых популярных ресурс по моделированию экспериментов. Имеет интерфейс на украинском языке и позволяет самостоятельно составлять и проводить эксперименты с помощью виртуальных приборов и компонентов, характеристики которых определяет пользователь. С помощью этого приложения можно виртуально провести практически все демонстрационные и лабораторные работы из школьного курса. Пользование страницей будет полезным также и во время очного обучения — на сайте можно предварительно моделировать параметры эксперимента, и только убедившись, что ни один прибор не пострадает от некорректного использования, ставить реальный опыт.

В учебных лабораториях, оборудованных современными цифровыми измерительными комплексами, появляются новые возможности и для реализации идеи дистанционных экспериментальных работ. Главная особенность здесь — фиксирование и сохранение хода экспериментов в цифровом формате, что позволяет отображать и обрабатывать данные опытов на любом доступном гаджете.

Дистанционная лабораторная работа с помощью цифровой лаборатории Vernier

Для этого учитель должен заранее подготовить все необходимое оборудование и продумать ход работы таким образом, чтобы оставить достаточно загадок для учеников.

Далее он может сам провести исследование, транслируя его онлайн и комментируя свои действия, а затем отправить ученикам цифровые отчеты о работе. Или же пойти более сложным, однако полезным для обучения путем — превратив лабораторную работу в проблемную ситуацию, в которой сами ученики заранее имеют выдвинуть гипотезу и практические пути ее проверки, поэтому в лаборатории учитель будет действовать уже по совместно выработанному алгоритму.

При такой лабораторной работе целесообразно фокусировать внимание детей на ходе исследования, взаимосвязях и закономерностях, которые она должна проверить, а не на конкретных значениях величин — фактические данные они смогут проверить в цифровых протоколах исследования. Протоколы же различным группам учащихся целесообразно предоставлять с различными количественными показателями. Соответственно, перед уроком учителю самому придется несколько раз проделать один и тот же эксперимент, но с разными показателями.

Как видим, экспериментировать дистанционно нельзя. Хотелось бы только, чтобы это не стало постоянной практикой — ведь какими бы технологически совершенными ни были виртуальные возможности, ничто не может заменить непосредственного наблюдения и опыта самостоятельного исследования мира.

B-Pro желает вам только качественных экспериментов!