Методичні рекомендації (лаб.роб)

Хочемо наполегливо зауважити, що використання інтерактивних моделювань не може замінити проведення учнями дослідів і експериментів з реальними об’єктами і приладами, (навіть, якщо у шкільній лабораторії відсутні потрібні для виконання лабораторної роботи матеріали і прилади). Моделювання лише можуть відігравати допоміжну роль, формуючи в учнях нові навички, збуджуючи їх інтерес до експериментування, побудови власних гіпотез і їх перевірки, вміння і бажання експериментувати і досліджувати, ставити дослідницькі завдання з постійними і змінними параметрами.

Для ефективного використання моделювань пропонується така послідовність дій при підготовці і проведенні лабораторних робіт з використанням інтерактивних комп’ютерних моделювань з сайту Phet:

1 етап. Підготовка до лабораторної роботи. 

Напередодні лабораторної роботи (краще – за декілька уроків до проведення лабораторної роботи) вчитель ознайомлює учнів з темою лабораторної роботи і повідомляє дату її проведення. Зазвичай, при традиційному навчанні, учні, які знають, що наступним уроком буде лабораторна робота, в найкращому випадку повторюють закони і формули до теми. Іноді вчителі просять заздалегідь записати в зошитах для лабораторних робіт вступну частину, можливо,  схему досліду. В пропонованій технології вчитель ознайомлює учнів з темою і основними завданнями майбутньої роботи, а також з відповідними цій лабораторній роботі інтерактивними моделюваннями.
            Учні мають разом з учителем спочатку з’ясувати, які параметри в моделюванні (як і в майбутній лабораторній роботі) є сталими, а які можна змінювати і в яких межах. Оскільки більшість моделювань – комплексні і охоплюють декілька тем, навіть розділів навчальної програми курсу фізики, то слід обов’язково на початку домовитися з учнями, які саме параметри вони мають залишати незмінними під час проведення досліджень. Учні не зможуть сформулювати і перевірити свої гіпотези, якщо будуть змінювати декілька параметрів одразу. Важливо показати з великого екрану, як саме можна змінювати ці параметри, потім дати учням можливість спробувати повторити ті ж дії на комп'ютерах. При підготовці до лабораторної роботи слід запропонувати учням поексперментувати вдома з моделюваннями і з’ясувати декілька взаємозв’язків між декількома параметрами. Таких дослідницьких завдань, на нашу думку, має бути не більше трьох. Завдання можуть бути різної складності: від простих до підвищеної складності. 

ПРИКЛАД. Це можуть бути такі завдання, наприклад, для лабораторної роботи з геометричної оптики:
1.      Як змінюється зображення, утворене збиральною лінзою, якщо рухати предмет:
·       В напрямку до/від лінзи?
·       Перпендикулярно до оптичної осі лінзи?
2.     Від чого (яких змінних параметрів лінзи) залежить величина зображення, якщо воно не рухається?
3.     Коли (за яких умов) лінза може давати збільшене і зменшене зображення?
4.     За яких умов можна отримати найбільше зображення за допомогою збиральної лінзи?

 Запросіть учнів вдома дослідити і записати свої відповіді, використовуючи поняття: «оптична вісь», «відстань від предмета до лінзи», «відстань від лінзи до зображення», «фокусна відстань», «фокус(точка)», «радіус кривизни лінзи» тощо. Запропонуйте записати свої відповіді у вигляді речень «Якщо збільшувати/зменшувати… при незмінних…, то…». Важливо спочатку надати учням такі «мовленнєві кліше». Можна запропонувати «тим, хто не любить писати», записати свої висновки у вигляді «фізичного шифру» - умовних позначень, які використовуються в формулі тонкої лінзи, і ввівши, наприклад,  додаткові позначення, як, наприклад, АВ - розмір предмета, А¹В¹ - розмір зображення.
            Слід обов’язково перевірити виконання домашнього завдання, але оцінки в журнал виставляти не варто, або виставити тільки за вдалі, цікаві дослідження. Учні мають привчитися, що підготовка до лабораторної роботи – це обов’язково. Без такої попередньої двоступеневої підготовки: в школі – роз’яснення, як працює моделювання, і вдома – «експериментування» у оптимальному для кожного учня темпі, коли кожен витрачає на це стільки часу, скільки йому потрібно, не можлива подальша ефективна робота з комп’ютерними моделюваннями. Робота з моделюваннями тільки в класі, як показав досвід пілотних шкіл, не приносить бажаного результату, відволікає учнів, не поглиблює їх знання. Перевірка самого факту (а не результатів) виконання домашнього завдання має бути обов’язковим, і може виконуватися взаємоперевіркою самими учнями.

        2  етап. Виконання лабораторної роботи в класі. 

Виконання лабораторної роботи з використанням інтерактивних моделювань може буде здійснене за одним з трьох варіантів:
1 варіант - за запропонованою в підручнику інструкцією,
2 варіант - за розробленою вчителем, або доповненою інструкцією з підручника,
3 варіант - без наданої вчителем інструкції, яку учні (як план дослідження) можуть розробити самі.
            При виконанні лабораторної роботи з використанням інтерактивних моделювань за будь-яким варіантом після стислого обговорення результатів виконання домашнього дослідження, вчитель запрошує учнів ознайомитися з критеріями правильного виконання лабораторної роботи. Вчитель роздає розроблену ним форму оцінювання лабораторної роботи, наприклад, взявши за основу загальну «Форму оцінювання проведення експериментальної роботи. Середні класи» з Бібліотеки оцінювання сайту «Оцінювання проектів» навчальних програм Intel .
Цю форму оцінювання виконання дослідницьких робіт вчителю потрібно адаптувати/змінити відповідно до умов класу, віку учнів, залишивши/додавши тільки ті критерії, які співвідносяться з навчальними цілями, які ставить вчитель до цієї роботи і перед цим конкретним класом. Важливо також додати до таблиці праворуч ще один стовпчик і проставити коефіцієнти-множники (вагу критерію) для кожного критерію в залежності від їх важливості, згідно навчальним цілям для цього конкретного класу, цієї навчальної теми. Наприклад, для проведення лабораторної роботи з геометричної оптики адаптована форма для учнів 7 класу однієї з пілотних шкіл має такий вигляд:
Таблиця 1

Форма оцінювання проведення лабораторної роботи «Визначення фокусної відстані та оптичної сили тонкої лінзи»
Критерій 
4 рівень
3 рівень
2 рівень
1 рівень
Вага критерію






Матеріали і обладнання
Я склав список всіх використаних мною матеріалів і обладнання, використовуючи дуже конкретні і точні назви предметів і їх кількості. Я записав все обладнання і матеріали, які реально використовував в роботі
Я склав список всіх використаних мною матеріалів і обладнання, описав більшість з них. Я записав все обладнання, яке наведене в посібнику.
Я склав список більшості використаних мною матеріалів і обладнання, але деякі пропущені або не детально описані.
Я склав список лише деяких використаних мною матеріалів і обладнання.
х1
Схематичні малюнки
 Два схематичні малюнки з лінзами мають всі основні елементи: предмет, його зображення, оптичну вісь, лінзу, два фокуси, основні промені, що формують зображення. Всі об’єкти позначені буквами і пояснені під малюнком, всі відстані з формули лінзи позначені правильно. Всі побудови зображень відповідають формулі лінзи.
Два схематичні малюнки з лінзами мають всі основні елементи: предмет, його зображення, оптичну вісь, лінзу, два фокуси, основні промені, що формують зображення. Майже всі об’єкти позначені буквами і пояснені під малюнком, вказані відстані з формули лінзи.
Зроблений тільки один схематичний малюнок, який має всі основні елементи: предмет, його зображення, оптичну вісь, лінзу, два фокуси, основні промені, що формують зображення. Всі об’єкти позначені буквами і пояснені, всі відстані з формули лінзи позначені правильно.
Схематичних малюнків немає , або вони зроблені так, що на них не можна знайти необхідних елементів.
х7
Змінні величини
 Я визначив змінні величини і занотував всі зв’язки між змінними величинами.
Я визначив змінні величини і занотував деякі зв’язки між змінними величинами.
Я визначив змінні величини.
Я не визначив змінні величини.
х4
Підрахунки
Я вірно використав відповідні формули, щоб зробити правильні розрахунки, і представив всі свої розрахунки чітко і точно.
Я представив всі свої розрахунки чітко і точно. Я зробив лише одну чи дві помилки, які не впливають та загальні висновки з мого експерименту.
Я не вірно використав формули для обчислення, підставив в них не вірні дані. Моя робота містить помилки.
Я не використовую ніяких формул для розрахунків. Моя робота має багато помилок.
х4
Гіпотеза
Мої гіпотези щодо лінз, мікроскопа і телескопа сформульовані так, що є чітке пояснення, що буде свідчити «проти» або «за» щодо припущень (спростовує або доводить встановлені зв’язки). Я використовую відповідні наукові поняття і науковий словник.

Мої гіпотези щодо лінз, мікроскопа і телескопа сформульовані чітко, в них є пояснення того, як буде підтримане/аргументоване доведення. Я зазвичай використовую відповідні наукові поняття і слова.

Мої гіпотези щодо лінз, мікроскопа і телескопа не сформульовані чітко, вони не засновані на науковому знанні, а на здогадках. Я намагаюся використовувати деякі наукові поняття і слова, але іноді я використовую їх неточно.


Мої гіпотези щодо лінз, мікроскопа і телескопа не сформульовані, вони засновані на здогадках. Мої пояснення суперечать науковим знанням. Я не правильно використовую наукові поняття або слова.
х8
Аналіз
Я аналізую взаємозв’язки однієї або декількох змінних, що характеризують лінзи і цей аналіз ґрунтовний і глибокий.
Я аналізую взаємозв’язки між змінними величинами.
Я намагаюся проаналізувати взаємозв’язки між змінними величинами, але мої пояснення поверхові.
Я не аналізую взаємозв’язки між змінними величинами.
х8
Висновки
Мій висновок показує, що я перевірив гіпотези і ясно пояснив всі змінні величини. Мої висновки засновані на ґрунтовних дослідженнях і добре задокументованих даних. Я використовую наукові терміни, поняття і всі слова правильно.
Мій висновок показує зв’язок між гіпотезою і результатами дослідження, пояснює деякі змінні величини. Мої висновки засновані на проведених дослідженнях і отриманих даних. Я використовую специфічні наукові терміни і слова правильно.
Мій висновок є розпливчастим і в деякій мірі пояснює зв'язок між гіпотезою, змінними і результатами. Я іноді роблю помилки при використанні наукової мови.

Висновок відсутній або дуже короткий практично без пояснень про зв'язок між гіпотезою, змінними і результатам. Я роблю багато помилок при використанні наукової мови, або зовсім її не використовую.

х5
Безпека
Я виконую всі правила безпеки при проведенні мого експерименту, і я детально описую їх. Я успішно справляюся з непередбачуваними обставинами, виконуючи правила безпеки.
Я виконую всі правила безпеки при проведенні мого експерименту, і я детально описую їх. Якщо я і роблю декілька помилок, то вони незначні і не загрожують мені чи моїм однокласникам.
В основному я виконую всі правила безпеки при проведенні мого експерименту, і я описую їх. Я і роблю декілька помилок, які небезпечні для мене чи моїх однокласників.
 Я проводжу мої дослідження у небезпечний спосіб, ризикуючи своєю безпекою, або безпекою інших. Я не описую правила безпечного проведення досліджень.
х4
Звіт про лабораторну роботу
Мій звіт включає в себе всі необхідні компоненти: чітко і послідовно описує гіпотезу, матеріали, змінні величини, розрахунки, результати, проведений аналіз і висновки. Мова мого звіту чітка і точна, не містить орфографічних або граматичних помилок.
Мій звіт включає в себе всі необхідні компоненти: чітко і послідовно описує гіпотезу, матеріали, змінні величини, розрахунки, результати, проведений аналіз і висновки. Звіт не містить орфографічних або граматичних помилок, таких, що не дозволяють зрозуміти зміст.
Мій звіт не включає лише деяких необхідних компонентів: гіпотези, матеріалів, змінних величин, розрахунків, результатів, їх аналізу чи висновків. Або мій звіт містить такі граматичні помилки, які не дозволяють чітко зрозуміти зміст.
Мій звіт не включає багатьох необхідних компонентів: гіпотези, матеріалів, змінних величини, розрахунків, результатів, їх аналізу чи висновків. Мова мого звіту містить так багато помилок, що зміст його важко зрозуміти.
х4

З цієї форми, адаптованої для конкретного класу, за величиною множника (вагою критерію) чітко видно,  наприклад, які навчальні цілі ставив вчитель до цієї роботи: перш за все навчити формулювати гіпотези, проводити аналіз і вірно робити схематичні малюнки.
До початку виконання учнями лабораторної роботи слід роздати учням роздруковану на папері форму оцінювання. Вона буде слугувати їм орієнтовною основою дій. Якщо учні працюють при виконанні лабораторної роботи в парах, то потрібно видати їм один екземпляр на пару. Слід докладно ознайомити учнів з критеріями (перша колонка) та дескрипторами (описами) для чотирьох рівнів навчальних досягнень. Можна прочитати вголос тільки описи для найвищого і найнижчого рівнів. Важливо переконатися, що всім учням зрозумілі описи критеріїв для кожного рівня. Слід пояснити значення ваги основних критеріїв.
При виконанні лабораторної роботи і наприкінці оформлення результатів роботи учні здійснюють самооцінювання своєї діяльності за цією формою. В ході проведення експериментального дослідження учні мають самі звірятися з описами критеріїв (дескрипторами) і вирішувати, на який саме рівень вони хочуть/можуть виконати роботу. Цінним є те, що користуючись формою, учні самі можуть дізнатися з опису, наприклад, як правильно формулювати гіпотези. Наприкінці виконання роботи вони самі мають підкреслити (або позначити кольором), на який саме рівень вони виконали кожен критерій і внести корективи в свою роботу.
Таким чином ця форма оцінювання крім безпосереднього оцінювання виконує ще й інструктивну, формувальну роль. Вона допомагає учням визначити сподівання вчителя щодо їх виконання роботи, а також оцінити свої сильні і слабкі сторони, вона дозволяє виставити аргументовану оцінку, яка відображає знання і вміння учнів, а також вказує їм шляхи подальшого самовдосконалення.
            

ДОДАТКОВИЙ ВАРІАНТ ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНОЇ РОБОТИ 


В ході виконання лабораторної роботи за другим варіантом використання інтерактивних моделювань вчитель може поряд з інструкцією, вміщеною в підручнику надати учням додаткові завдання, які допомагають учням краще зрозуміти сутність фізичних процесів і формул, поглибити їх знання з фізики. Так, наприклад при виконанні лабораторної роботи «Вивчення залежності електричного опору від довжини провідника, площі його поперечного перерізу і матеріалу провідника» в шкільному посібнику  наведено декілька варіантів проведення роботи. Щоб поглибити розуміння учнів процесів, які відбуваються в середині провідника, як рухаються електрони в кожному окремому випадку, і як це впливає на опір, доцільно надати учням можливість попрацювати з комп’ютерними моделюваннями «Просте коло зі струмом» і «Коло з батареї і резистора».

 Використання комплексного комп’ютерного моделювання «Електричні кола постійного струму» допомагає виконанню додаткового завдання до лабораторної роботи «Вимірювання потужності споживача електричного струму», особливо при поясненні перетворення енергії. Для розуміння учнями взаємозв’язків і процесів,  які відбуваються  в провідниках зі струмом, до проведення лабораторних робіт «Дослідження електричного кола з послідовним з’єднанням провідників», «Дослідження електричного кола з паралельним з’єднанням провідників» варто ознайомити учнів, роздати на електронних носіях моделювання і дати їм домашні завдання до моделювання «Конструктор для змінного і постійного струму. Віртуальна лабораторія».  

Моделювання процесів, які відбуваються в провідниках, не видимі очам людини, і використання таких моделювань дозволяє учням не механічно запам’ятовувати формули і закономірності паралельного і послідовного з’єднання провідників, а розуміти, чому спостерігаються такі співвідношення електричних величин. Малюнки, в підручнику з фізики, за якими учням пропонується скласти електричне коло, дуже  невиразні. Прилади в шкільному фізичному кабінеті можуть не бути подібними тим, які зображені на малюнках, а отже і не розпізнаються учнями, а це не дозволяє їм правильно самостійно скласти електричне коло для вимірювань. Використовуючи комплексне моделювання з електрики для вивчення електричного кола, вчитель може заздалегідь створити в моделюванні такий схематичний малюнок, зберегти його на своєму комп’ютері, клацнувши на кнопці «Зберегти» і скопіювати і роздати на електронних носіях або розмістити і надати доступ на своєму блозі вчителя це моделювання всім учням класу або тільки учням, які мають труднощі при складанні електричних кіл. (Рис.1)

Рис.1. Моделювання кола електричного струму

Використовуючи вимірювальні прилади в класі при виконанні лабораторної роботи під час вимірювань електричного струму, учні можуть вивести їх з ладу за браком досвіду користування ними, при помилковому приєднанні приладів. При складанні схеми спочатку на комп’ютерній моделі, а після самостійної перевірки її роботи – на реальних приладах, учні вчаться правильно складати схеми, експериментувати, правильно користуватися приладами, робити вимірювання. Психологічна напруженість щодо використання таких приладів і обладнання можуть стримувати дослідницький інтерес учнів, а при самостійному використанні комп'ютерних моделювань, учні можуть дозволити собі помилятися, працювати з граничними параметрами.

3 етап. Виставлення оцінок за виконану лабораторну роботу. 

При використанні форм оцінювання з чіткими критеріями і описом вимог щодо них, учні можуть здійснити самооцінювання або взаємооцінювання робіт один одного (одна пара – іншу). Роботи також може перевіряти вчитель. За формами оцінювання розрахунок оцінки за 12-бальною системою можна, наприклад, наближено зробити так: в Таблиці 2 виділено підкресленням вчителем (або учнями, що оцінюють) рівні, що відповідають кожному з критеріїв. Загальна сума «сирих» балів за наведеними в Таблиці 2 позначеннями (підкресленнями): 3*1+3*7+1*4+2*4+3*8+2*8+4*5+3*4+4*4=124, максимальний бал за таблицею – 180, то ж оцінка за дванадцятибальною шкалою (12*124/180) приблизно дорівнює 8.
            На початку застосування такої технології формувального оцінювання сам процес розрахунку і виставлення оцінки може здаватися вчителю занадто громіздкою процедурою і такою, що вимагає багато часу. Проте, коли вчителі часто застосовують такі обчислення, вони роблять це швидко (можна залучити комп’ютер, ввівши в готові формули для обчислення підсумкової оцінки). Крім того, такі обчислення можна доручати учнями при взаємооцінюванні і самооцінюванні. Таке формувальне оцінювання має ряд суттєвих переваг:
·     Оцінка, розрахована за конкретними і чіткими критеріями, є більш об’єктивною у порівняні з традиційними (інтуїтивними) технологіями, позбавлена суб’єктивності.
·     Учні заздалегідь знають точні очікування вчителя від своєї роботи і намагаються їм слідувати.
·     Таке оцінювання чітко вказує на сильні і слабкі сторони навчання учнів, і тим самим вказує їм шляхи подальшого вдосконалення конкретних навичок (наприклад, вміння формулювати гіпотези).
·     Оцінювання вказує на ті «прогалини» в знаннях, які учням слід надолужити
·     Таке оцінювання дозволяє вчителю визначити/діагностувати не тільки знання і вміння учнів виконувати окремі етапи лабораторної роботи, а й їх вміння мислити, порівнювати, робити висновки і вирішувати проблеми. Вчитель після аналізу таких робіт також може визначати шляхи свого подальшого вдосконалення як педагога.
Використання інтерактивних моделювань і технології формувального оцінювання дозволяє більш ефективно навчати учнів усвідомлено ставитися до свого навчання.
Крім завдань інструкції для виконання лабораторної роботи, що записана в підручнику при використанні інтерактивних моделювань важливо дати дітям додаткові експериментальні завдання, щодо яких вони можуть висунути свої гіпотези, скласти план дослідження, виконати його і оцінити результати. Це можна зробити, враховуючи широкі можливості для зміни різних параметрів моделювань, навіть до гранично допустимих меж. За таких умов, а не при механічному використанні покрокових інструкцій з готовими формулами в учнів формується наукова цікавість, вміння проводити і аналізувати експеримент. Адже у діючих навчальних програмах зазначено, що «у виборі конкретного виду експерименту вчитель мусить керуватися тими міркуваннями, що кожна демонстрація, кожне спостереження або лабораторна робота, кожний дослід повинен, з одного боку, забезпечити виконання програмних вимог до експериментальної підготовки учнів на певному освітньому рiвнi, з іншого боку, розвивати в учнів готовність сприймати навчальний матеріал на оптимальному для них за пізнавальними можливостями рiвнi активності ».
Наприклад, до лабораторної роботи з геометричної оптики у 8 класі можна запропонувати учням Робочий аркуш.

 Робочий аркуш учня до виконання лабораторної роботи з геометричної оптики

Етапи
Діяльність
Відповіді і коментарі
1
При виконанні  лабораторної роботи з лінзою, ви можете побачити зображення лампочки на екрані.
Як ви думаєте, як лінза змінює світло від лампи, щоб утворити зображення? Як ви думаєте, чому зображення перевернуте?
Обговоріть ваші ідеї з партнером, а потім зробіть малюнки, що ілюструють ваші ідеї.

2
Використайте моделювання «Геометрична оптика» для перевірки своїх ідей.
Обговоріть, чи змінилися ваші попередні думки щодо утворення зображень лінзами.
Напишіть свої стислі висновки, у яких поясніть, яким чином формується реальне зображення за допомогою графічної побудови променів збиральної лінзи. Поясніть свої висновки за допомогою схематичного малюнка. Обов'язково вкажіть, чому зображення перевернуте, і чому воно змінюється в розмірах при різних відстанях між лінзою і реальним предметом.

3
Додатково. Якщо ви хочете зробити свій телескоп, то які  лінзи (з якими характеристиками) ви б обрали? Як ці характеристики впливатимуть на зображення, які ви побачите?
Використайте моделювання «Геометрична оптика» для перевірки своїх ідей. Складіть таблицю для узагальнення того, як кожна змінна впливає на те, як виглядає зображення.
Опишіть характеристики лінз, які б краще підійшли для об'єктиву телескопа. Поясніть, свій вибір. Чому телескоп з такими лінзами буде добре працювати?
Які б лінзи ви вибрали, якщо б ви робили мікроскоп? Чому?

4
Додатково. Використайте лупу, щоб подивитися на цей папір.
Дослідіть, як зробити, щоб слова були якомога більшими.
Обговоріть з вашим партнером, як ви думаєте, як формується таке зображення. Використайте моделювання «Геометрична оптика» і увімкніть опцію «Уявне зображення» щоб побачити, як формується уявне зображення на лівій стороні лінзи. Уявіть, що ви перебуваєте на правій стороні, дивлячись в об'єктив.

5
Напишіть листа до ваших батьків/молодших братів/сестер, щоб вони зрозуміли, як працює збільшувальна лінза. Включіть до пояснення, як розмір лінзи, її фокусна відстань і місце розташування предмету впливають на зображення, що ви бачите. Проілюструйте вашого листа схематичним малюнком, що показує, як ідуть промені світла, щоб  побачити зображення.


Відео - приклад фрагменту уроку лабораторної роботи вчителя Сороченко Г.В.

Немає коментарів:

Дописати коментар