Цифрові можливості традиційного фізичного обладнання

«Фізика — це наука розуміти природу», — велично проголошують стенди чи не в кожному кабінеті фізики. І чи не в кожному кабінеті фізики найдієвішим способом розуміння цієї самої природи завжди був і залишається експеримент. Ось тільки зацікавити дітей простими фізичними спецефектами в епоху віртуальних розваг і ґаджетів стає дедалі важче. Особливо це стосується таких не надто інноваційних розділів, як, наприклад, Молекулярна фізика і термодинаміка.

Проте цифрові технології відкривають нові можливості не тільки для розваг, а й для освіти. Тож спробуємо розібратися, які сучасні інструменти доступні вчителеві, що хоче «оживити» стандартний хід шкільних експериментів.

Термометр з Bluetooth

Набір для лабораторних робіт з молекулярної фізики містить традиційний перелік обладнання для експериментального вивчення основних понять та явищ молекулярної фізики та термодинаміки. Це калориметр, відерце Архімеда, прилад для вивчення газових законів, чашка Петрі, бюретка, колби, капілярні трубки, набір важків, ваги, лійка… — для учнівського вуха звучить не надто захоплююче. Але маленька деталь здатна перетворити це все на справжню сучасну пізнавальну пригоду.

Мова йде про цифровий датчик температури Vernier з технологією Go Direct. Якщо під час лабораторних робіт замінити ним звичайний термометр, це не тільки розширить навчальний потенціал стандартного обладнання, але й активізує в самих учнів інтерес до експериментування.

Грати у фізику: цікавіше, ніж Minecraft

Що ж особливого, з чим би не впорався звичайний термометр, може додати цифровий датчик температури до експериментів?

Тобто з надокучливої іграшки під партою смартфон учня перетворюється на реальний інструмент навчання.

STEM-освіта на кінчику сенсора

Суттєвою перевагою датчика температури Go Direct над звичайним термометром є можливість з високою точністю досліджувати зміни температури з плином часу. Ця функція дає вчителеві важливий інструментарій для творчого переосмислення підходів до проведення лабораторних робіт в рамках шкільної програми в бік їхнього осучаснення, відповідності до вимог проєктного навчання та комплексного розв’язування задач у STEM-галузях освіти.

Розглянемо на прикладі, як завдяки цифровому датчику температури можна перетворити звичайну лабораторну роботу «Визначення питомої теплоємності речовини» у 8 класі на актуальне експериментальне завдання з курсів фізики, хімії та біології.

Спрага питомої теплоємності

Жаркої літньої пори актуальним питанням для людини є тамування спраги. Для цього виробники пропонують безліч видів напоїв: газованих та негазованих, солодких, кольорових, безкалорійних, соковмісних… І зазвичай холодних. Відомо, що з точки зору хімічного складу не всі вони корисні для здоров’я. Але крім хімічного впливу, все, що ми вживаємо, взаємодіє з нашим тілом також і фізично. Що ж все-таки обрати?

За законом теплообміну холодна рідина, потрапляючи до шлунку людини, забирає тепло в навколишніх органів. Очевидно, в такий спосіб змінюється режим їхньої роботи. Причому що більша питома теплоємність рідини, то більшим буде цей вплив. Тому цікаво дослідити, яку питому теплоємність порівняно зі звичайною водою мають різні прохолодні напої, що ми їх п’ємо для гамування спраги.

За експериментальні зразки можна взяти такі охолоджені рідини: звичайну воду, підсолоджену воду, газовану воду, воду з харчовим барвником тощо.

Почергово змішуючи їх з чистою водою кімнатної температури, за допомогою цифрового датчика досліджуємо динаміку теплообміну в кожному випадку — і результати експериментальних спостережень можуть бути доволі несподіваними.

Наприклад, згідно з табличними значеннями, питома теплоємність цукру майже втричі менша, ніж у води. І теоретично напрошується висновок, що теплоємність підсолодженої води також менша, ніж звичайної. Однак проведені експерименти доводять протилежне — вона, навпаки, більша. А отже, солодка вода, щоб досягнути з людським організмом стану теплової рівноваги, поглинає від нього більше енергії, ніж звичайна. Так само й підфарбована харчовим барвником.

Експериментально встановивши ці факти на уроках фізики, далі в курсах біології та хімії учні можуть шукати відповіді на питання, чому властивості суміші речовин відрізняються від пропорційної суми властивостей кожного зі складників суміші, як фізичні процеси теплообміну продуктів впливають на діяльність людських органів та організму в цілому, розробляти модель «ідеального» тамувача спраги тощо.

Бачимо, скільки цікавих питань з різних галузей наук виникає, якщо розв’язувати експериментальну проблему комплексно. А це лише один із прикладів, як за допомогою цифрового датчика температури Go Direct можна розширити межі звичайної лабораторної роботи.

Хочеться сподіватися, що кожна школа невдовзі отримає такі можливості для якісного навчання. Зрештою, це вже не дивина, а життєва необхідність — як смартфон, що є в кожного учня та вчителя.

Також наша компанія здійснює повний методичний супровід та інструктаж на місці щодо використання всього високоточного лабораторного обладнання Vernier в навчальному процесі.