Цифрові датчики — технологія, що змінює правила навчання

Хімія, фізика, біологія, географія — природничі науки, що мають зі шкільних років формувати в дітей об’єктивну картину світу. Тобто таку, що ґрунтується на двох фундаментальних засадах пізнання — математиці та експерименті.

Наприклад, формула другого закону Ньютона — це математика.

Акселерометр, ваги та динамометр, що здатен виміряти й зафіксувати миттєве значення сили, — це те, що необхідне для проведення цього експерименту з підтвердження другого закону Ньютона. Не абстрактного формулювання, яке треба зазубрити, а реальної природи світу, в якім живуть учні, і частиною якого є зокрема й їхні фізичні тіла.

Чи можна реалізувати таке просте практичне завдання в кожній українській школі?

Акселерометр, ваги, динамометр… Відповідь, здається, очевидна.

Так!

І не лише закон Ньютона, але й Авогадро, Архімеда, Гука, Паскаля, Освальда, Шарля, Ома, Бойля-Маріотта, Фарадея, Столєтова та хоч би самих Гея з Люссаком: чи не всі хімічні й фізичні явища, якими б складними вони не були, стають доступними для практичного вивчення в школі — разом з сучасними цифровими датчиками Vernier.

Точність вимірювання, велика частота реєстрації, цифровий формат даних, графічне представлення результатів, транслювання перебігу дослідження в режимі реального часу, легке аналізування й прогнозування — це все про нові можливості навчальних демонстрацій, лабораторних робіт та дослідних проєктів з цифровим вимірювальним обладнанням.

В асортименті виробника Vernier близько 140 різноманітних датчиків, якими можна досліджувати чи не всі доступні для вимірювання фізичні та хімічні величини. Яка ж специфіка цього сучасного навчального обладнання?

Різновиди цифрових датчиків Vernier

Загалом цифрові датчики поділяються на дві групи: дротові та бездротові.

Переважно кожен датчик Vernier доступний одночасно в двох технічних версіях. А деякі бездротові датчики здатні виконувати не одну, а відразу декілька функцій. Наприклад, датчик сили Go Direct, крім цього, реєструє одночасно швидкість та прискорення тіла, а датчик відносної вологості — рівень СО₂. Ці нюанси важливо враховувати, щоб підібрати справді збалансований набір датчиків та необхідного супутнього обладнання під індивідуальні навчально-дослідні потреби кожного закладу.

Підключення датчиків

Для збирання та обробки даних всі датчики Vernier потребують підключення до персонального інформаційного пристрою з операційною системою не нижче Windows 10, macOS 10.11, ChromeOS 70 чи iOS 11. Це може бути ноутбук, стаціонарний комп’ютер, планшет, смартфон, інтерактивна панель, реєстратор даних тощо.

Оскільки бездротові датчики підключаються до інших пристроїв за допомогою Bluetooth-зв’язку, варто подбати про придбання Bluetooth-адаптерів для тих девайсів, які не оснащено відповідними вбудованими модулями.

Щоб інформаційний прилад міг працювати з цифровими датчиками, на нього попередньо треба встановити програму обробки та аналізу даних Graphical Analysis. Це безкоштовний застосунок, і його актуальну версію завжди можна завантажити з Google Play, App Store чи офіційного сайту www.vernier.com.

Алгоритм з’єднання для бездротових сенсорів має бути наступний:

1. Увімкнути датчик — тоді індикатор на його корпусі почне блимати червоним.
2. Пересвідчитися, що на інформаційному пристрої активовано Bluetooth-зв’язок.
3. Запустити програму Graphical Analysis.
4. Вибрати в меню, що з’явиться, пункт «Виміри датчика». Програма має автоматично знайти й запропонувати датчики до підключення. Вибрати зі списку вимірювальний пристрій, який треба підключити. За коректного з’єднання індикатор на сенсорі заблимає зеленим.
5. Якщо підключено багатофункціональний датчик, додатково треба активувати канали даних, які потрібні для вимірювання.
6. Натиснути на «Готово». Після цього можна починати роботу з вимірювальним пристроєм. Для цього у вікні програми вгорі є опція «Почати вимірювання».
7. Якщо з якихось причин встановити бездротове з’єднання з датчиком не вдається, працювати з ним на комп’ютері або мультимедійній панелі можна й за допомогою USB кабелю.

Підключення дротових датчиків до інформаційного приладу відбувається за посередництва реєстратора даних серії LabQuest. Для цього його під’єднують до комп’ютера, ноутбука чи будь-якого іншого операційного пристрою за допомогою USB кабелю чи мережі WiFi.

Щоб працювати з реєстраційним приладом за допомогою дротового зв’язку, слід у налаштуваннях з’єднання реєстратора даних дозволити спільне використання з іншими пристроями та увімкнути перегляд через USB. Відтак на пристрої, до якого відбувається підключення, запустити програму Graphical Analysis та в меню вибрати пункт «Спільна робота». Потім треба обов’язково ввести IP адресу реєстратора даних у відповідному полі програми – без цього з’єднання не відбудеться. Варто звернути увагу, що IP реєстратора не є сталим і змінюється залежно від типу з’єднання.

В разі встановлення бездротового зв’язку між LabQuest та інформаційним пристроєм спершу обидва ґаджети варто підключити до однієї мережі WiFi, а потім синхронізувати їх у програмі Graphical Analysis так само, як і для дротового з’єднання.

Застосування цифрових датчиків у навчанні

Цифрові датчики Vernier — це сучасний засіб навчання та пізнання навколишнього світу. Вони однаково добре знаходять застосування в початковій, середній, старшій школі, університеті, ба навіть у професійних наукових дослідженнях.

Завдяки простоті користування обладнанням та роботі з сенсорними технологіями, природними для сучасних дітей, на уроках з цифровими датчиками відбувається зміщення акценту в проведенні експерименту з учителя на учня, коли жива дитяча допитливість породжує все нові й нові запитання та провокує до ширших, нехай і не завжди програмних досліджень. Це виховує в учнів актуальні в сучасному світі компетентності відповідальності, вміння працювати в команді, здатності мислити критично, прогнозувати, інтерпретувати та самостійно знаходити зв’язки між явищами тощо.

Можливість відстежувати зміну будь-яких вимірювальних параметрів в режимі реального часу створює для учнів той позитивний «вау-ефект», що спонукає їх до справді зацікавленого й глибшого вивчення тем, відтак формується чітке концептуальне розуміння не лише навчальних дисциплін, а що головне – природи самих явищ, що вивчаються в школі.

З новітніми вимірювальними технологіями саме пізнавальний інтерес учнів стає рушійною силою навчання. Такі предмети як фізика й хімія, за якими закріпився стійкий суспільний стереотип як «важких» дисциплін, стають зрозумілішими та ближчими до реального життя учнів, адже раптом з’ясовуються, як щодня й щохвилини дитина взаємодіє з безліччю «абстрактних» хімічних і фізичних законів, які завдяки цифровим датчикам стають доступними для безпосереднього практичного «мацання», а отже перетворюються на живий особистий досвід.

Утім, якими б сучасними не були цифрові технології Vernier, важливо розуміти, що вони не є готовим рішенням для успішного здобуття освіти. Це лише дієві інструменти, які проте не мають цінності самі в собі. Навчити дітей складати ЗНО на 200 чи перемагати в конкурсі наукових проєктів від МАН вони здатні лише у вправних руках вчителя – тільки він може знайти правильний час, місце та акцент їхнього застосування, щоб якнайефективніше використати весь навчальний потенціал новітнього обладнання в умовах конкретного класу, з кількома десятками учнів, що перебувають на різних рівнях розвитку та мають свої окремі освітні потреби.

Вміле користування цим практичним інструментом навчання до снаги буде лише тому вчителеві, який відкритий до викликів сучасного світу, готовий до постійного професійного розвитку та змін освітньої системи, в якій доводиться працювати.

Звісно, з новими цифровим обладнанням виконувати будь-яку класичну лабораторну роботу стане набагато легше. Але обмежувати їх використання лише цим — те саме, що забивати цвяхи мікроскопом. Адже справжня межа їхнього застосування так само далекосяжна, як і процес пізнання.

Довести експериментально, що в приповерхневих шарах атмосфери з набором висоти на кожні 11 м тиск зменшується на 1 мм, — та будь ласка. Визначити час дії сонцезахисного крему різного ступеня захисту — без проблем. Практично показати, як змінюється температура в замкненій системі залежно від зміни тиску чи об’єму – немає нічого простішого. Перевірити рівень жорсткості води, взятої учнем з-під крана вдома. Провести точне картографування місцевості. Дослідити стан повітря в різних районах міста. Ці та багато інших практичних проблем знаходять з датчиками Vernier просте й наочне розв’язання.

Іншими словами, з новими цифровими можливостями програмний матеріал можна ефективно наповнити тим практичним змістом, якого йому так хронічно бракує в реаліях української освіти. А отже нарешті знайти відповідь на найскладніше учнівське питання: «А де мені це потім знадобиться в житті?».

Та, власне, не потім, а вже, ось тут, на уроці, який не тільки готує до подальшого життя, але саме ним і є.