Использование цифровой лаборатории «Архимед» способствует освоению понятий и навыков в смежных образовательных областях [3, 5, 13, 14]:

· современные информационные технологии

· современное оборудование исследовательской лаборатории

· математические функции и графики, математическая обработка экспериментальных данных, статистика, приближенные вычисления, интерполяция и аппроксимация

· методика проведения исследований, составление отчетов, презентация проведенной работы [40].

1.3.1 Цифровая лаборатория «Архимед» в преподавании химии

Освоение техники работы с использованием цифровой лаборатории «Архимед» позволяет осуществить дифференцированный подход и развить у учащихся интерес к самостоятельной исследовательской деятельности. Эксперименты, проводимые с помощью цифровой лаборатории «Архимед» очень наглядны и эффективны, это даёт возможность лучше понять и запомнить тему. С цифровыми лабораториями можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Их применение значительно повышает наглядность, как в ходе самой работы, так и при обработке результатов [3].

Применение исследовательского подхода к обучению создаёт условия для приобретения учащимися навыков научного анализа явлений природы, осмыслению взаимодействия общества и природы, осознанию значимости своей практической помощи природе.

Освоив работу с цифровой лабораторией «Архимед» каждый учитель сможет разрабатывать свои интересные лабораторные опыты, которые сделают процесс обучения более интересным и запоминающимся [3].

Достоинства цифровых лабораторий [3].

1. Получение данных, недоступных в традиционных учебных экспериментах.

2. Возможность производить удобную обработку результатов эксперимента.

3. Автоматизация сбора и обработки данных экономит время и силы учащихся и позволяет сосредоточить внимание на сути исследования.

4. Повышение уровня знаний по химии за счёт активной деятельности учащихся в ходе экспериментальной исследовательской работы.

5. Способствуют раскрытию творческого потенциала учащихся [14].

6. Уменьшают время, затрачиваемое учителем и учащимся на организацию и проведение фронтального и демонстрационного эксперимента.

7. Повышают степень наглядности эксперимента и его результата

8. Позволяют проводить измерения в природных, полевых условиях

9. Способствуют решению и освоению межпредметных задач

В состав цифровых лабораторий «Архимед» входят: (рис. 1)

1. Карманный компьютер (КПК). Устройство NOVA5000 – это специализированный портативный компьютер компании Fourier Systems, предназначенный для учебно-исследовательской деятельности. NOVA5000 объединяет стандартный интерфейс платформы Windows CE 5.0, регистратор данных и инструментарий для математических вычислений.

Основные характеристики NOVA5000:

1. Операционная система Windows CE 5.0;

2. Полнофункциональный Интернет посредством Ethernet или встроенного WiFi;

3. Поддержка удалённого рабочего стола для доступа с Сервера терминалов;

4. Поддержка электронной почты и веб-браузер;

5. Обмен файлами с другими компьютерами через USB кабель стандартного ActivSync;

6. Быстрое включение/выключение;

7. Встроенный регистратор Fourier Systems и программы MultiLab для управления экспериментом и обработки полученных данных;

8. Текстовый редактор, электронные таблицы и поддержка презентаций;

9. Работа с внешней памятью на слоте CompactFlash и на USB портах;

10.Поддержка периферии: клавиатура, мышь, принтер;

11.Работа с внешним монитором и проектором;

3. Встроенный громкоговоритель [38].

Программное обеспечение.

NOVA5000 поставляется с несколькими лицензионными программными продуктами. Вместе со встроенным программным обеспечением платформы Windows CE 5.0 они предоставляют пользователю достаточно широкие возможности для проведения исследований, документирования и коммуникации. [38]

Сведения о программных продуктах, поставляемых с NOVA5000.

Комплект программных продуктов SoftMaker:

1. TextMaker. Полноценный текстовый редактор, включающий тезарус, сноски, проверку орфографии, таблицы. Совместим с редактором Microsoft Word.

2. PlanMaker. Полноценная программа для работы с табличными данными. Совместима с табличным редактором Microsoft Excel [38].

Специальное программное обеспечение.

Программа MultiLab CE от фирмы Fourier System. Программа MultiLab CE является интерфейсом, посредством которого NOVA5000 обрабатывает экспериментальные данные, получаемые от встроенного регистратора данных.

Комплекс MultiLab предназначен для сбора, просмотра и анализа экспериментальных данных. Порты датчиков NOVA5000 позволяют подключать одновременно до восьми датчиков (всего Fourier System предлагает 52 вида датчиков) [38].

Возможности MultiLab CE [38]:

1. Сборка данных и отображение их в ходе эксперимента;

2. Выбор различных способов отображения данных – в виде графиков, таблиц, табло измерительных приборов;

3. Обработка и анализ данных с помощью Мастера анализа;

4. Импорт/экспорт данных текстового формата;

5. Ведение журнала экспериментов;

6. Просмотр видеозаписи предварительно записанных экспериментов [38].

2. TriLink. Состав системы:

- регистратор TriLink;

- датчики;

- инсталляционный компакт – диск с программным обеспечением;

- адаптер AC/DC.

3. Комплект датчиков [38]:

1) рН-метр

Диапазон измерений 0-14 единиц рН. Прибор находится в яйцеобразном пластиковом корпусе и снабжён электродом для измерения концентрации ионов Н+, а также системой температурной компенсации. Для осуществления температурной компенсации к регистратору следует подключить вместе с рН- метром датчик температуры.

Принцип действия рН-метра [38]:

Внутри рН-метра имеется две полуячейки. Одна из них содержит электрод сравнения с известной концентрацией ионов водорода Н+. Другая, расположенная на дне электрода, является Н+- чувствительной стеклянной мембраной (рН=-lg(Н+)). Разность потенциалов между двумя полуячейками представляет собой выходной сигнал электрода, который несёт информацию о рН анализируемого раствора. В корпусе прибора этот сигнал преобразуется с помощью усилителя и подстроечного конденсатора в напряжение в диапазоне 0-5 В, воспринимаемое аналого-цифровым преобразователем устройства регистрации и сбора данных и хранится в его памяти, а затем может быть передан на КПК или ПК [38].

Технические характеристики [38].

- Диапазон измерений 0-14 рН

- Рабочий диапазон температур 0-100 0С

- Погрешность измерения ± 2% ( во всём диапазоне измерения при условии температурной компенсации)

- Время достижения 95 % значения измеряемой величины 10 с

- Имеется регулировочный винт.

2) Датчик температуры. Датчик температуры предназначен для измерения температуры в водных и других химических растворах с погрешностью ±10С.

Принцип действия датчика температуры [38].

Датчик подключается кабелем непосредственно к регистратору данных. На другом конце кабеля находится чувствительный элемент. На датчик подаётся электрическое напряжение в 5 В, а его выходной сигнал, также в виде напряжения в диапазоне 0-5 В поступает на вход аналого-цифрового преобразователя устройства регистрации и сбора данных и хранится в его памяти, а затем может быть передан на КПК или ПК.