CC BY
44Е. В. Фадеева
Приемы использования современного цифрового оборудования на уроках химии
В статье представлен опыт использования цифрового оборудования на уроках химии в 8-9-х классах. Статья включает обоснование авторского опыта учителя и модель урока на тему «Исследование почвенного раствора».
Ключевые слова: цифровое оборудование, почвенный раствор, химический эксперимент, исследовательская деятельность, система заданий.
Обоснование авторского опыта. Современное школьное образование реализует стандарты нового поколения, методологической основой которого является системно-деятельностный подход в обучении. Организуя деятельность обучающихся, учителя-предметники решают одну из важнейших образовательных задач - использование цифрового оборудования как средства вовлечения школьников в экспериментальную исследовательскую деятельность.
С целью эффективного решения этой задачи в процессе обучения химии учителю необходимо наличие оригинальной системы заданий для выполнения лабораторных работ исследовательского характера. При конструировании такой системы заданий используется цифровое оборудование. Важно, что в процессе учебного исследования обучающиеся осуществляют «переоткрытие» уже открытого теоретического знания в науке, поэтому цифровое оборудование используется как средство исследовательской деятельности и новый прием организации творческой деятельности.
Известно, что использование элементов исследовательской деятельности позволяет учителю создать условия для организации и управления его самостоятельной познавательной деятельности по приобретению новых знаний и формирования собственного опыта творческой деятельности.
При проведении лабораторных работ задания исследовательского характера с использованием цифрового оборудования вызывают усиленный интерес у учащихся, что приводит к мотивированному получению новой информации, глубокому и прочному усвоению учебного материала, способствует приобретению новых исследовательских умений. В ходе выполнения лабораторных работ важно, чтобы школьники умели обращаться с лабораторным оборудованием и владели приемами проведения экспериментальной работы. Поэтому
на этапе становления исследовательской деятельности в ходе лабораторных работ учитель проводит специальный тренинг по обучению приемам применения лабораторного оборудования, технике безопасности при работе с оборудованием и реактивами, и особо обращает внимание на возможности цифрового оборудования как средства более эффективного получения результата в процессе экспериментальной работы.
В ходе применения цифрового оборудования развиваются качества личности, значимые для определения будущей профессии обучающихся и развития стойкого интереса к естественнонаучному познанию, учебно-исследовательской и проектной деятельности.
п " и
В методической литературе химический эксперимент определяется как источник знания о химических веществах и химической реакции. В практике обучения химии химический эксперимент рассматривается как важное условие активизации познавательной деятельности учащихся, воспитания устойчивого интереса к предмету, а также представлений о практическом применении химических знаний, что позволяет увлечь учащихся химической наукой и развивать умения школьников применять теоретические знания на практике. Таким образом дети осознают важное правило приобретения опыта творческой деятельности, а именно - только опытным путем можно подтвердить или опровергнуть гипотезу, возникшую при наблюдении. Эксперимент - это путь превращения знаний в убеждения.
В методике обучения химии химический эксперимент выступает как объект изучения и как средство обучения химии. Методика применения химического эксперимента на традиционных уроках химии достаточно хорошо исследована и разработана учеными-методистами. Однако в настоящее время в процессе использования новых приемов обучения у ученых-методистов и учителей-практиков возникает повышенный интерес к проблеме использования химического эксперимента в образовательной деятельности. Это связано с тем, что появляется новое современное цифровое оборудование, происходит изменение содержания учебного материала. Реализация принципа деятель-ностного обучения предполагает включение в учебный процесс пропедевтических и элективных курсов. Все это требует поиска новых методических приемов реализации новых требований в образовании, их апробации в практической деятельности и создания нового педагогического опыта.
Традиционно на уроках химии используется демонстрация опытов и выполнение школьниками стандартных, предусмотренных
школьной программой опытов, которые недостаточно эффективно стимулируют творческую работу учащихся на уроках. Поэтому важно увеличить объем заданий, которые носят исследовательский и проблемный характер, стимулируют экспериментальную деятельность обучающихся.
Многие авторы публикаций по применению в практике работы цифрового оборудования предлагают готовые практические работы с использованием электронных датчиков. Но эти рекомендации либо требуют большого количества времени для проведения лабораторных работ, либо предлагают задания повышенного уровня сложности, проведение которых возможно только во внеурочной деятельности. Учителю химию важно иметь механизм, доступный для каждого школьника в процессе организации исследовательской работы с цифровым оборудованием непосредственно на уроке. У учителя есть возможность в практике работы со школьниками использовать два варианта проведения опытов обучающимися на уроке: 1) лабораторный опыт; 2) практическая работа.
Лабораторный опыт занимает небольшую часть урока, направлен на введение понятий, на иллюстрирование введенных понятий, на наполнение фактами, примерами и несет обучающий характер. Практическая работа, в отличие от лабораторного опыта, занимает весь урок и направлена на подготовку школьников к применению новых знаний и нового опыта деятельности в знакомой и новой учебных ситуациях. Как правило, результаты деятельности школьников в процессе практической работы оцениваются учителем.
Авторская методика использования цифровых датчиков на уроках химии как необходимого условия повышения качества образования предполагает систему заданий исследовательского и проблемного содержания на основе работы цифровой лаборатории.
Цифровая лаборатория - это реальное учебное оборудование с цифровыми датчиками, сигнал с которых поступает на компьютер и обрабатывается соответствующей программой. Лаборатория состоит из ноутбука, цифровых датчиков и ПО.
Цифровое учебно-лабораторное оборудование обеспечивает автоматизированный сбор и обработку данных, позволяет отображать ход эксперимента в виде графиков, таблиц, показаний приборов. Проведенные эксперименты могут сохраняться в реальном масштабе времени и воспроизводиться синхронно с их видеозаписью.
Преимущества современного цифрового учебно-лабораторного оборудования: позволяют производить измерения различных процес-
сов; производить измерения показателей состояний различных систем; не требуют длительного подготовительного этапа, очень просты в использовании; с ними удобно работать при проведении демонстрации и при проведении лабораторных и практических работ; позволяют проводить количественные измерения.
Перечислим цифровые датчики, которые используются в практике работы учителя химии:
1. Датчик рН.
2. Температурные датчики.
3. Датчик электропроводности.
Рассмотрим особенности использования каждого из цифровых датчиков.
1. Датчик рН предназначен для измерения рН различных объектов. Он позволяет количественно ввести понятие «водородный показатель» и, как следствие, количественно раскрыть понятия «сила электролита», «гидролиз», «константа равновесия». Датчик рН легок в использовании и почти мгновенно позволяет измерить уровень кислотности. Датчик не требует калибровки, ведь он уже настроен, и даёт точные результаты измерений.
Работу с датчиками можно начать в 8-м классе при знакомстве с индикаторами, когда возникает вопрос, как определить среду в смесях, имеющих интенсивную окраску: кофе, чай, томатный сок, кока-кола? И провести лабораторный опыт «Кислотность напитков». При выполнении данной работы идет формирование навыков самостоятельной экспериментальной работы исследовательского характера с использованием современного электронного оборудования в виде цифровых датчиков (датчика рН). Выполняемая работа позволит расширить теоретические знания учащихся о кислотах в окружающем нас мире, их значении в составе напитков, а также экспериментальные навыки, для совершенствования которых необходимо будет использовать абсолютно новые виды оборудования (пример № 1. Смотреть -[3; 6] ) При изучении темы «Гидролиз» в 9-м классе выполняется лабораторный опыт «Исследование реакции среды» для определения типа гидролиза соли (пример № 2 - Смотреть - [3; 6]).
2. Температурный датчик предназначен для использования в любой работе по измерению температуры. Диапазон измерений: от -40 до + 135 °С.
Температура - одна из самых важных характеристик исследуемых объектов, значит, датчик температуры - самый востребованный из датчиков! Он дает возможность количественно характеризовать условия протекания тех или иных процессов и их тепловые эффекты.
Цифровой температурный датчик можно использовать при изучении темы «Химические реакции» в 8-м или 9-м классах. В результате выполнения лабораторного опыта «Тепловые эффекты химической реакции» обучающиеся количественно определяют незначительное изменение энергии процесса и делают вывод о типе химической реакции по энергетическому признаку (пример № 3 - Смотреть - [3; 6]).
3. Датчик электропроводности позволяет продемонстрировать электролитическую диссоциацию и количественно проследить ее закономерности, а также закономерности ионообменных реакций.
Изучение темы «Электролитическая диссоциация» сопровождается исследованием электропроводности веществ с использованием датчика электропроводности, на основе которого делается вывод о силе электролита. Лабораторный опыт «Электрическая проводимость веществ». На данном уроке самостоятельная экспериментальная работа потребует от учащихся умений анализировать, обобщать, делать умозаключения, формулировать выводы (пример № 4 - Смотреть -
[3; 6]).
Также в этой теме можно провести работу «Исследование минеральной воды» - эта работа интересна тем, что имеет продолжение. На данном этапе мы определяем только минерализацию (по количественному содержанию солей), в дальнейшем можем определить и качественное содержание солей (пример № 5 - Смотреть - [3; 6].).
Использование цифрового оборудования, в том числе цифровых датчиков, изменяет подходы к взаимодействию участников образовательного процесса, создает новые возможности образовательной практики как для учителя, так и ученика. Учитель в короткий период времени на уроке может организовать полноценную работу школьников в опытно-экспериментальном режиме, создать условия для активной самостоятельной познавательной деятельности обучающихся. Обучающиеся получают возможность эффективно использовать цифровые датчики при решении учебно-исследовательских задач, выполнении лабораторной работы на уроке, а также могут объективно оценивать результаты своей деятельности на уроке. Использование инструкций для выполнения лабораторной работы повышает уровень самостоятельности учащихся, позволяет уменьшить их зависимость от объяснения учителя. В процессе самостоятельной работы обеспечивается развитие внимательности, сосредоточенности, что способствует развитию личностных качеств учащихся. Исследовательские умения, которые развиваются в процессе опытно-экспериментальной работы, способствуют развитию системы предметных знаний о зако-
нах и теориях химии и приобретению нового опыта творческой деятельности. Следовательно, обучение на уроках химии с применением цифрового оборудования целенаправленно ведет за собой развитие практико-ориентированных умений обучающихся.
Таким образом, современные средства призваны помочь учителю в школе: делать по-новому то, что делали всегда; делать то, что не делали раньше, и делать то, что без компьютера делать очень сложно.
В качестве примера использования современного цифрового оборудования на уроках химии рассмотрим модель урока на тему «Исследование почвенного раствора» (8-й класс).
Представляемый урок входит в тематический блок «Первоначальные химические понятия» в 8-м классе. На предшествующих уроках были актуализированы и рассмотрены ключевые вопросы содержания темы: правила безопасности при работе в химической лаборатории, чистые вещества и смеси, методы разделения смесей - и на практике выработаны навыки основных приемов работы с лабораторным оборудованием.
На данном уроке у учащихся формируются навыки самостоятельной экспериментальной работы исследовательского характера с использованием современного цифрового считывающего оборудования. На этапе урока по применению опыта деятельности в новой учебной ситуации, с целью исследования почвенного раствора, школьники используют цифровой датчик электропроводности. Таким образом, обучающиеся получают возможность использовать приобретенные ключевые компетенции (умение преобразовывать полученную информацию в новое знание) при решении учебно-исследовательских задач по изучению свойств смесей веществ, а также приобретают опыт по оцениванию результатов своей экспериментальной деятельности. Лабораторная работа выполняется в творческих парах. По результату работы оформляют отчет.
Самостоятельная экспериментальная работа связана с приготовлением и исследованием почвенного раствора - эта задача непростая, требует от учащихся умений анализировать, обобщать, делать умозаключения, формулировать выводы. Исследовательские методы обучения, применяемые на данном учебном занятии, способствуют развитию интеллектуальных способностей. При решении поставленной учебной задачи учащиеся используют не только химические умения, но и умения других естественных дисциплин, например биологии, геологии, физики. Таким образом, лабораторные работы, которые выполняют школьники с использованием цифрового оборудования, имеют
ярко выраженный метапредметный характер. Экспериментальные умения способствуют приобретению новых знаний о фундаментальных законах и теориях химии.
Организация и управление самостоятельной познавательной деятельностью обеспечивается применением инструкции, которая состоит из трех этапов. На первом этапе определяется логика действий при изготовлении почвенной вытяжки, на втором этапе - последовательность действий при приготовлении растворов для контрольных замеров, на третьем этапе определяется последовательность действий при работе с цифровым датчиком. Это повышает самостоятельность школьников при выполнении задания и позволяет уменьшить их зависимость от объяснения учителя в процессе самостоятельной работы. Грамотное применение инструкции способствует формированию таких личностных качеств, как целеустремленность, внимательность, сосредоточенность, потребность в самовыражении и самореализации.
Модель урока на тему «Исследование почвенного раствора»
I. Дидактическое обоснование урока.
1. Тема урока «Исследование почвенного раствора»
2. Дидактическая цель: способствовать достижению планируемых результатов в процессе формирования опыта деятельности обучающихся в ходе выполнения лабораторной работы с применением цифрового оборудования (датчик электропроводности).
3. Тип урока: урок комплексного применения опыта деятельности.
4. Планируемые результаты (цели по содержанию)
4.1. Предметные: знать понятия «чистое вещество», «смесь», «раствор»; уметь классифицировать смеси по признаку однородности; осуществлять выбор метода разделения смеси, проводить фильтрование; соблюдать правила безопасной работы при проведении эксперимента по приготовлению и разделению смесей; пользоваться лабораторным оборудованием, посудой и датчиком электропроводности; работать с Test Pad.
4.2. Метапредметные:
- познавательные: умеют выполнять работу в соответствии с инструкцией, наблюдать за изменениями в ходе эксперимента, анализировать полученные результаты, оформлять отчет (письменно), устанавливать причинно-следственные связи, решать проблемные задачи;
- коммуникативные: уметь работать в группе - устанавливать рабочие отношения, адекватно использовать речь, оценивать результаты деятельности (рефлексия);
- регулятивные: уметь организовывать внимание, прогнозировать результаты своей деятельности, конструировать цель урока, контролировать свое время.
4.3. Личностные: целеустремленность, внимательность, сосредоточенность, потребность в самовыражении и самореализации.
5. Методы обучения: репродуктивный, исследовательский.
6. Формы организации познавательной деятельности: фронтальная, парная.
7. Средства обучения: линия УМК В. В. Лунина. Химия (8-9); ноутбук, электронный датчик для определения электропроводности растворов, интерактивная доска (SMART Board), инструкция к лабораторной работе, оборудование и реактивы к экспериментальной части работы, тетрадь для рабочих записей.
II. Ход урока
1. Организационный момент. Учитель приветствует учащихся, предлагает проверить готовность к уроку. Сосредоточивает их внимание на теме учебного занятия с целью определения основных результатов урока. Учащиеся приветствуют учителя и проверяют готовность к уроку, записывают тему и высказывают свои суждения о значимости изучаемой темы в познании окружающего мира. (Формируется умение организовывать свою деятельность на уроке.)
2. Целеполагание и мотивация. Учитель предлагает устную информацию о целях и результатах работы на уроке, с помощью интонации выделяет опорные слова, указывающие на планируемые результаты учебной деятельности (см. приложение 1). Учащиеся воспринимают и осознанно проговаривают (внутренняя речь) цели урока. В тетради фиксируют опорные слова и конструируют цель. (Формируются умения прогнозировать результаты своей деятельности, конструировать цель урока.)
3. Актуализация базовых знаний и опыта деятельности. Учитель предлагает вопросы на воспроизведение знаний и опыта деятельности.
- Выберите чистые вещества, используя дидактический материал.
- Определите, от чего зависит выбор метода разделения смесей?
- Какие существуют методы разделения гомогенных смесей?
- Какие методы можно применять для разделения гетерогенных смесей?
- Назовите характерные признаки «растворов».
- Соберите установку для фильтрования смеси из предложенного лабораторного оборудования.
Учащиеся отвечают на вопросы, в ходе подготовки ответа используют иллюстративный материал, который учитель предлагает на интерактивной доске. Демонстрируют уровень владения базовыми знаниями и умениями, которые необходимы для выполнения лабораторной работы. (Формируются умения определять понятия «чистое вещество», «раствор», «смесь»; отличать смеси от чистых веществ; классифицировать смеси по признаку однородности; проводить фильтрование; осуществлять выбор метода разделения смеси; адекватно использовать речь.)
4. Применение опыта деятельности в новой учебной ситуации. Учитель предлагает учащимся инструкцию к исследовательской работе, организует беседу о способах действия при выполнении опытно-экспериментальной работы с применением электронного датчика электропроводности с целью подготовки учащихся к опытно-экспериментальной деятельности (см. приложение 2). Затем предлагает сделать комментарии по результатам работы и оформить отчетную таблицу (см. таблицу). Учащиеся работают в творческих парах. Выполняют лабораторный опыт с использованием датчика электропроводности, оформляют результаты работы в тетради в виде таблицы. (Формируются умения работать в группе; устанавливать рабочие отношения; выполнять работу в соответствии с инструкцией; наблюдать за изменениями в ходе эксперимента; анализировать полученные данные; оформлять отчет (письменно); адекватно использовать речь; контролировать свое время.)
5. Подведение итогов урока (рефлексия). Учитель предлагает вернуться к целям урока, определить умения, которыми овладели учащиеся в ходе лабораторной работы. Учащиеся оценивают свои достижения в таблице «Оцени себя». В таблице четыре графы: умения, владею, частично владею, не владею. Умения: 1) классифицировать смеси; 2) выбирать метод разделения смеси; 3) проводить фильтрование; 4) соблюдать правила техники безопасности; 5) пользоваться лабораторным оборудованием; 6) использовать цифровой датчик. (Формируются умения оценивать результаты деятельности; определять уровень самореализации.)
6. Домашнее задание. Учитель предлагает дифференцированное задание (см. приложение 3), кратко консультирует о приемах использования электронных ресурсов и критериях оценивания результатов
деятельности. Учащиеся фиксируют информацию о домашнем задании и делают свой выбор. (Формируются умения работать с Test Pad; решать проблемные задачи; устанавливать причинно-следственные связи.)
III. Приложения
Приложение 1
Целеполагание и мотивация деятельности школьников на уроке
Химия - это экспериментальная наука. Эксперимент - это самое интересное и увлекательное действие при занятии какой-либо наукой, именно он позволяет увлечь учеников и погрузить в мир науки. Сегодня вам предстоит провести самостоятельную экспериментальную работу с использованием современного цифрового считывающего оборудования. Для грамотного выполнения работы вам понадобятся знания и умения, полученные ранее, то есть с предыдущих уроков (имеющийся опыт). Работу вы будете проводить в парах согласно предлагаемой инструкции, что позволит вам в максимальной степени быть самостоятельными. На сегодняшнем уроке мы продолжим экспериментировать, наблюдать, фиксировать, сравнивать, сопоставлять, делать выводы, формировать отчет о проведенном исследовании.
Приложение 2
Лабораторный опыт с использованием датчика
электропроводности. Исследование почвенного раствора
Цель: экспериментальным путем доказать, что почвенный раствор - это смесь, содержащая растворенные в ней соли.
Оборудование и реактивы: весы, датчик электропроводности, химические стаканы, установка для фильтрования, промывалка, вода дистиллированная, почва, раствор хлорида натрия.
Информация. Засоленность почвы характеризуется повышенным содержанием легкорастворимых минеральных солей, что неблагоприятно сказывается на физических и химических свойствах почвы. Растворы, в которых содержатся ионы, обладают электропроводимостью. Соли - это ионные соединения. Значение электрической проводимости зависит от способности водного раствора пропускать электричество. Чем больше ионов, тем выше значение электропроводимости.
Ход работы
1-й этап. Приготовление почвенной вытяжки
1) Взвесьте 2 грамма предварительно подготовленного образца почвы в стеклянном стакане на 100 мл.
2) Отмерьте 25 мл воды с помощью мерного цилиндра.
94
3) Добавьте к почве отмеренное количество воды и перемешивайте содержимое стакана в течение 3 минут.
4) Отфильтруйте содержимое стакана через бумажный фильтр, собирая готовую вытяжку в стеклянный стакан на 50 мл. Вытяжка должна быть однородной и не содержать частиц почвы.
2-й этап. Приготовление растворов для контрольных замеров
В стакан на 50 мл налейте 25 мл дистиллированной воды, а в другой стакан 25 мл - 0,05М раствора хлорида натрия.
3-й этап. Выполнение замеров (использование датчика)
1. Подключите датчик к нетбуку. Если всё сделано правильно, датчик определится автоматически, и на экране устройства вы увидите его показания (верхний левый угол экрана).
2. Возьмите стакан с дистиллированной водой, опустите в него датчик так, чтобы электроды полностью погрузились в раствор. Возьмите стакан пальцами и, аккуратно его покачивая, перемешайте жидкость, содержащуюся в нём.
3. Запустите процесс измерения, нажав кнопку «пуск» (зеленый кружок).
4. Наблюдайте показания датчика. Закончите эксперимент нажатием кнопки справа от кнопки «пуск».
5. Запишите результаты в отчётную таблицу.
Вещество Проводимость, мСм/см Вывод (наличие ионов)
H2O дистиллированная
Почвенный раствор
0,05М р-р NaCI
6. Поднимите щуп вместе с лапкой. Ополосните щуп в стакане с водой и промойте его с помощью промывалки.
7. Повторите пп. 2-6 с оставшимися растворами.
8. По окончании работы оботрите щуп насухо.
Приложение 3
Домашнее задание
1. Репродуктивный уровень. Обязательное для всех учеников класса.
Выполните тест по теме «Чистые вещества и смеси» по ссылке (Test Pad).
2. Творческий уровень. Проблемные задачи (по выбору учеников):
А) Предложите способ разделения смеси, состоящей из поваренной соли, речного песка, железных и древесных опилок.
Б) Приготовьте презентацию на тему «Смеси, которые нас окружают».
Список литературы
1. Химия. 8 класс : учеб. / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, А. А. Дроздов, В. В. Лунин. 4-е изд., стер. М. : Дрофа, 2016. 268 с. : ил.
2. Химия. 9 класс : учеб. / В. В. Еремин, Н. Е. Кузьменко, А. А. Дроздов, В. В. Лунин. 4-е изд., стер. М. : Дрофа, 2016. 256 с. : ил.
3. Демонстрационный эксперимент с AFSTM : метод. пособие для учителя / Д. М. Жилин. М. : ПКГ «Развитие образовательных систем», 2011. (CD-ROM).
4. Лямин А. Н. Обучение химии в современной школе: традиции и инновации, ретроспективы и перспективы : монография. Киров : ИРО Кировской области, 2012. 329 с.
5. Примерная основная образовательная программа образовательного учреждения. Основная школа. М. : Просвещение, 2011. 342 с.
6. Химия с Vernier / В. А. Новоженов. М. : ПКГ «Развитие образовательных систем», 2012. 256 с.
П. В. Фофанова, А. Л. Вавилов
Методика развития гибкости у детей младшего школьного возраста
на уроках физической культуры с применением упражнений хатха-йоги
Гибкость имеет особое значение в целом для развития двигательных качеств. Любое движение человека производится благодаря подвижности в суставах. Обычно человек редко использует всю свою максимальную подвижность и ограничивается какой-либо частью от имеющейся максимальной амплитуды движения в суставе. Однако недостаточная подвижность в суставах ограничивает уровень проявления силы, отрицательно влияет на скоростные и координационные способности. При некоторых движениях гибкость человека играет основополагающую роль. Но, к сожалению, многие педагоги в физкультурной и спортивной деятельности недооценивают значение гибкости, поэтому мы посчитали возможным провести дополнительные исследования по данному вопросу. Таким образом, развитие гибкости у детей остается одной из актуальных проблем в области физической культуры и спорта. Нами была разработана и представлена в статье методика развития гибкости у детей младшего школьного возраста, основанная на использовании специальных упражнений хатха-йоги.
Ключевые слова: гибкость, методика, хатха-йога, младший школьный возраст.
Проанализировав литературу по развитию гибкости у детей младшего школьного возраста, мы пришли к противоречию, что, с од-
