Наиболее адекватной и привлекательной формой развития одаренности в системе общего образования является вовлечение учащегося в исследовательскую деятельность. В Центре образования «Самбо-70» дети занимаются не только спортом, они получают весь необходимый комплекс образовательных дисциплин. Не так давно мы освоили новый для нас продукт - виртуальную лабораторию Yenka и осуществили интеграцию виртуального практикума с реальным экспериментом с использованием цифровой лаборатории «АРХИМЕД».
Работа «Сравнение результатов, полученных в виртуальной лаборатории, на опыте с цифровой регистрацией данных», была выполнена учащимися «Самбо-70» под руководством учителя химии Поповой Татьяны Витальевны.
Известно, что наряду с цифровыми лабораториями, существуют и виртуальные. Если в результатах, полученных в реальных экспериментах, с помощью цифровой лаборатории мы уверены, то виртуальная лаборатория у нас вызвала некоторые сомнения. С одной стороны, мы получаем полную свободу действий, и без риска можем совмещать что угодно и с чем угодно, но с другой стороны, возникает вопрос: виртуальная лаборатория была создана программистом с целью развлечения, или настоящими знатоками, которым можно доверять? Поэтому мы решили сравнить результаты, полученные в виртуальной лаборатории с результатами реального эксперимента.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- Изучить влияние материала тигля на нагревание воды;
- Определить теплотворную способность различных видов топлива (этиловый спирт, оливковое масло, сахар);
- Исследовать зависимость выделенного тепла от изменения температуры нагреваемой жидкости;
- Изучить возможности виртуальной лаборатории Yenka и осуществить интеграцию с цифровой лабораторией «Архимед».
Чтобы определить тепло, выделяющееся при горении, подсчитываем энергию, затраченную на нагрев известного количества воды (20 г) при сжигании этанола, оливкового масла и сахара.
В нашем распоряжении была цифровая лаборатория «Архимед». По сравнению с традиционными лабораториями, «Архимед» позволяет существенно сократить время на организацию и проведение работ, повышает точность и наглядность экспериментов, предоставляет практически неограниченные возможности по обработке и анализу полученных данных. Для работы мы использовали датчик температуры DT029, а также регистратор данных NOVA5000.
Сначала мы изучили влияние материала тигля (из фарфора и из алюминиевой фольги) на нагревание воды. Теплопроводность алюминия выше теплопроводности керамики и наш эксперимент это подтверждает. Однако, тигель из фольги оказался неудобным в использовании и мы отказались от него.
Все последующие эксперименты проводились в фарфоровом тигле. Мы произвели нагревание 20 мл воды, используя в качестве топлива сахар, спирт, оливковое масло.
Величину изменения температуры воды (∆Т) определяли по графику, а количество тепла (Q, кДж), поглощённого водой, рассчитали с помощью уравнения.
После представления трёх графиков на одной плоскости, стало очевидным, что масло обладает наибольшей теплотворной способностью.
После математической обработки результатов мы получаем формулу, из которой можно извлечь практическую выгоду. Можем узнать массу топлива, необходимого для нагревания воды до температуры кипения.
Для виртуального эксперимента мы использовали лабораторию Yenka. Всё необходимое оказалось в списке моделей лаборатории, после чего приступили к первому опыту, в котором нагревали воду на горящем спирте. Это было нам нужно для того, чтобы оценить достоверность виртуального эксперимента, сравнив его с настоящим, который к этому времени уже выполнили. Мы смоделировали процесс нагревания воды(20 мл) на горящем спирте, угле и глюкозе.
Разместив все три графика на одной плоскости, стало понятно, что виртуальное моделирование показывает уголь как лучшее топливо, затем глюкоза и спирт.
В опыте с этанолом мы получили то же уравнение, что и в цифровой лаборатории. На этом основании мы сделали вывод, что данным, полученным в виртуальном эксперименте, с углем и сахаром, можно верить.
Интегрированная в образовательный процесс, исследовательская деятельность, обеспечивает глубину погружения учащегося в содержание изучаемого явления, актуализирует мотивацию и повышает интерес к процессу обучения, способствует позитивному качественному изменению личности ребенка в целом.