|
КРАТКИЙ ОБЗОР КУРСА
«Глобальная Школьная Лаборатория»
Уважаемые коллеги,
Учебный курс «Глобальная Школьная Лаборатория» или, сокращенно, ГлобалЛаб – это и проект, и обучающая среда, основные компоненты которой максимально приближены к реальной естественнонаучной деятельности. Другими словами, ГлобалЛаб - это инновационный курс естествознания, интегрированный с основами физической географии. Предназначен он для учеников 5-6 классов. В его преподавании активно использованы деятельностный и проектно-исследовательский подходы.
Функционально, «Глобальная Школьная лаборатория» может служить введением в курсы географии, физики, химии и биологии и экологии, которые учащиеся будут изучать в старших классах. Кроме того, работы на опытном участке по программе ГлобалЛаб помогут детям получить первоначальные представления о менее традиционных для школьных курсов научных дисциплинах, таких как антропология, этнография.
Неотъемлемым компонентом курса является компьютерная сеть Интернет, которая формирует и поддерживает на базе участвующих школ сообщество школьников-исследователей, объединенных общими научными задачами, методами и программой. Совместная проектная работа детей в сетевом сообществе кардинально меняет педагогическую платформу курса, переводя ее из традиционной для естествознания в 5-6 классах репродуктивно-знаниевой модели, основанной на предписанных заранее наблюдениях и запоминании фактов, в проектно-исследовательскую модель, основанную на активной поисковой деятельности и самостоятельных открытиях и обобщениях.
«Глобальная Школьная Лаборатория» включает следующие материалы:
· Методическое пособие для учителя с поурочным планированием;
· Учебное пособие для учащихся;
· Журнал для полевых и лабораторных работ с описанием групповых заданий;
· Интернет-сайт проекта www.globallab.ru;
· Компьютерные модели, выполненные на основе Молекулярной Мастерской.
Цель курса
Главная цель курса-проекта - пропедевтическая. В рамках этого курса школьники приобретают первоначальные навыки и знакомятся с базовыми понятиями в области естествознания, которые должны помочь им успешно приобретать знания в различных разделах естественных наук: в географии, физике, химии, биологии и экологии. В принципе, любой курс естествознания для 5-6 классов декларирует аналогичную цель. Отличие ГлобалЛаб в том, что внутри этого курса-проекта разработана деятельностная среда, реализация которой позволяет ставить перед курсом задачи, не типичные для известных программ по естествознанию 5-6. К таким задачам относятся следующие.
По окончанию курса школьники смогут:
· активно исследовать природные явления, сочетая наблюдения и описания с экспериментами и сравнением данных, полученных разными группами детей, работающих в различных природных условиях,
· объяснить, почему для формирования научного знания необходима совместная работы разных исследователей,
· самостоятельно формулировать исследовательские задачи и выбирать методы для поиска ответов на них,
· проводить координированные наблюдения и эксперименты совместные с учениками других классов и школ,
· обобщать и анализировать полученные сообществом школ данные и использовать их для объяснения явлений окружающего мира.
Педагогическая модель курса и ее компоненты
Педагогическая модель "Глобальная Школьная Лаборатория" основана на интеграции следующих проектно-исследовательских атрибутов:
· Реальные исследовательские задачи,
· Подлинные объекты исследований,
· Научные методы сбора и анализа данных,
· Сетевое сообщество по интересам,
· Цифровые образовательные ресурсы.
Ниже мы опишем эти атрибуты подробнее.
Реальные исследовательские задачи.
Для успеха ГлобалЛаб крайне важно, чтобы учащиеся активно участвовали в формировании исследовательских задач, которые им предстоит выполнять в ходе всего курса. Оптимально, чтобы эти задачи были сформулированы ими самими, или их товарищами по классу, школе или сетевому сообществу. Важно, чтобы учащиеся принимали участие в обсуждении цели и задач работы, в поиске оптимальной методики ее проведения. Особенно полезны рассуждения о возможных ошибках и погрешностях опытов и путях их предупреждения. И выбор темы, и рефлексия, и предварительное продумывание хода работы приближает школьников к профессиональным ученым, деятельность которых учащиеся должны воспринимать как близкую к своей собственной работе в ГлобалЛаб.
Подлинные объекты исследований.
Одной из уникальных характеристик ГлобалЛаб как учебной среды является то, что учащиеся выбирают в качестве объекта исследования "опытный участок", который является частью окружающей среды, в которой они обитают. В этом смысле объект их изучения и анализа максимально реален, т.к. он связан с жизнью самих учеников и с жизнью их города, села или поселка. Важно, что все ученики - члены проектной группы принимают участие в выборе объекта исследования - своего опытного участка. Чувство сопричастности в выборе, персональная ответственность, желание "показать и рассказать всему миру" про его свойства и особенности оказывает заметное стимулирующее влияние на детей, усиливает их желание работать в проекте, мотивирует их.
Научные методы сбора и анализа данных.
Проектно-исследовательская деятельность в ГлобалЛаб обладает целым рядом признаков, характерных для деятельности профессиональных ученых. Помимо перечисленных в п.п. 1 и 2 (участие детей в формировании исследовательских задач и в выборе опытного участка), учащиеся в ГлобалЛаб следуют стандартному протоколу, употребляют одни и те же методы работы и используют контрольные измерения для того, чтобы оценить сопоставимость данных. Кроме того, учащиеся с помощью компьютерных баз данных получают доступ к интегрированным данным, пришедшим из разных школ, участвуют в их обсуждении и анализе и приобретают первоначальные навыки статистической обработки данных. Для этого в их распоряжении компьютерные программы построения графиков, гистограмм и круговых диаграмм, интегрированные в базу данных ГлобалЛаб.
Сетевое сообщество по интересам.
Все классы - члены сообщества ГлобалЛаб участвуют в групповых экспериментах, следуя при этом одному и тому же протоколу опытов, и работают в сообществе исследователей. В процессе таких совместных исследований дети знакомятся с особенностями проведения совместных научных опытов и наблюдений и приобретают первоначальные навыки совместной научной работы.
ПРИМЕР СЕТЕВОГО ЭКСПЕРИМЕНТА: Синхронный глобальный экологический снимок, выполняемый всеми ГлобалЛаб классами в дни зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия.
Строго в астрономический полдень все классы, каждый на своем опытном участке, проводят одинаковый перечень наблюдений и измерений, заранее определенных совместным протоколом. Измерения включают физические параметры погоды и климата значение угла наклона солнца в астрономический поддень. Результаты измерений заносятся в общую базу данных и отражаются в общей таблице, которая доступна всем участникам для сравнения и анализа полученных данных. В результате этого совместного эксперимента происходит формирование фактологической основы, которая будет использоваться для объяснения таких сложных явлений, как времена года, движение Солнца и Земли, погода и климат, сезонных изменений в природе. Важно то, что эти концепции формируются у детей не путем заучивания определений, а на основе анализа данных, полученных ими в ходе совместных экспериментов и наблюдений.
Цифровые образовательные ресурсы.
Цифровые измерительные приборы, фото и видеокамеры.
Наблюдения и измерения, проводящиеся во время полевых экспедиций и лабораторных исследования в ГлобалЛаб, выполняются в ГлобалЛаб с помощью современных средств ИКТ, включающие помимо компьютеров цифровые фото и видеокамеры, цифровые датчики температуры, освещенности и др (в тех школах, где они есть). Кроме того, компьютеры и сети используются для ввода, хранения, анализа и обмена информацией, а также для обсуждения результатов работы в ходе Интернет-форумов. Наряду с использованием сложных цифровых приборов, учащиеся в ГлобалЛаб мастерят простые инструменты, например, приспособления для измерения угла наклона солнца. Таким образом, дети приобретают более полное представление о том, что необходимо для проведения полноценных научных исследований, а также о роли и возможностях компьютеров и других средств ИКТ в науке.
Интернет–технологии.
Помимо традиционных веб-технологий, в ГлобалЛаб используется специально разработанный "аннотатор" изображений. С его помощью школьники делают фотографии и рисунки высоко-интерактивными, добавляя к ним текстовые описания свойств и характеристик объектов опытных участков, «оживляя» изображения.
Молекулярные динамические компьютерные модели.
Одна из важных учебных целей ГлобалЛаб – заложить у детей начала атомно-молекулярного мышления. Под ним мы понимаем способность учащихся объяснять явления окружающего мира на языке атомов, молекул и их взаимодействий. В педагогической литературе сформировалось мнение, согласно которому только в старших классах школьники в состоянии рассуждать на атомно-молекулярном уровне. Мы полагали, что наличие адекватных цифровых учебных инструментов могло бы способствовать тому, что основные понятия атомно-молекулярных принципов организации материи можно было бы преподавать уже в младшей школе. Это позволило бы перейти от феноменологического уровня обучения, когда от учащихся требуют в основном запоминание фактов, на уровень, где оперируют механизмами явлений, описанными на языке атомов и молекул.
В мире большой науки динамические компьютерные модели, описывающие взаимодействия атомов и молекул, начали создаваться в 1970-е годы. Для этого использовали суперкомпьютеры, которые были у них в распоряжении крупных научных центров и некоторых ведущих университетах мира. Прошло не так много времени, и сегодняшним школьникам уже доступны суперкомьютеры, да еще в виде портативной настольной машины небольшого размера. Наличие в школе мощных персональных компьютеров позволило ученым и педагогам Образовательного Консорциума “Конкорд” создать и внедрить в школьную практику уникальную моделирующую программную среду “Молекулярная Мастерская” ( Мolecular Workbench), которая позволяет школьникам моделировать взаимодействие сотен атомов или молекул. Очень важно, что речь идет не об анимациях, а о настоящем научном моделировании, которое еще иногда называют симуляцией - от англ. simulate – “приближаться, уподобляться”.
Внешне и анимация и симуляции могут быть похожи. Но только для непосвященного глаза. Анимация по сути - цепь картинок, нарисованных художником, то есть мультфильмы, которые прокручиваются всегда в одном и том же порядке. Анимации интерактивны, но их интерактивность сводится к 3 кнопкам: “пуск”, “пауза” и “стоп”. Они иллюстрируют процесс, но такой, каким его увидел и затем показал художник. Динамические модели устроены иначе. Ученые, математики, программисты пытаются описать поведение всех составных элементов модели. Давайте рассмотрим простейший вариант, когда ударяются два шарика. Место столкновения рассчитывается подсчетом пути при данной скорости, а результат взаимодействия описывается известным правилом об угле падения и угле отражения. Это действительно очень просто, если шариков два. А если их 200? 2000? И все они постоянно движутся, ударяются - отталкиваются, непрерывно меняя траекторию движения. Это уже намного сложнее. Самое главное, что в такой программе учитываются возможности изменения параметров модели (условий) ее пользователем. То есть модели, в отличие от анимаций, позволяют задавать вопросы: “А что, если?..”, и потом компьютер все посчитает и ответит, что скорее всего будет вот так. Например, что будет, если все шарики, которые соударяться, все они легкие, но один тяжелый? Или, что произойдет в случае, если часть шариков еще имеют заряды положительные или отрицательные? И так далее... Модели называются динамическими потому, что компьютер за почти неуловимую единицу времени (фемтосекунду) вычисляет результат взаимодействия и показывает картинку на экране и тут же начинает считать новый результат. Поэтому результат внешне немного напоминает обычную анимацию или мультяшку, но разница огромная. Ни школьник, ни учитель, ни даже компьютер "не знает”, какой будет следующая картинка - ее надо вычислить на основе предыдущей с учетом параметров, внесённых пользователем.
Специально для ГлобалЛаб мы разработали следующие три группы моделей:
1. Масштабы и шкалы - “Гулливеры и лилипуты Вселенной”
С помощью этих моделей школьники могут отправиться в путешествие по шкале размеров, начав от объектов во Вселенной и на каждом шагу уменьшая масштаб в 10 раз до того, как они окажутся на странице модели атома водорода.
2. Агрегатные состояния вещества: учащиеся работают с динамическими моделями газа, жидкости и твердого тела.
3. Взаимодействие света с веществом. Она может оказаться полезной при обсуждении с детьми таких вопросов, как времена года, почему в полдень жарче, чем утром или вечером...
Кроме того, все уроки-активности, выполненные на основе Молекулярной Мастерской имеют уникальную встроенную систему оценки знания учащихся.
Посмотреть, как работают модели Молекулярной Мастерской можно перейдя по следующей ссылке: http://screencast.com/t/5pDgeITVBPo
Некоторые соображения по вопросам практической адаптации курса-проекта ГобалЛаб в школе
Курс адаптирован к существующей учебной программе. В материалах для учителя дано поурочное планирование курса. Конечно же, включение инновационных компонентов требует дополнительных затрат учебного времени, поэтому некоторые части традиционного курса пришлось немного сократить или оставить за скобками, а другие, наоборот, расширить.
Кроме того, в рамках уже двухлетней апробации курса мы пришли к тому, что учитель может использовать отдельные элементы ГлобалЛаб в рамках как урочной, так и внеурочной работы. Например, в 2008-2009 учебном году у нас было 30 школ, большинство из которых предпочло вести ГлобалЛаб в качестве факультатива или кружка, но были и школы, которые использовали элементы ГлобалЛаб на занятиях по естествознанию в 5 классе.
Некоторые школы сейчас согласовывают со своими администрациями возможность вести ГлобалЛаб как основной курс «Естествознание» в 5 классе. Для организации занятий необходим хотя бы один компьютер (желательно с проектором).
В идеальной ситуации один компьютер должен приходиться на группу из 2-3 человек. Занятия с компьютером происходят не на каждом занятии, а время от времени. А в ходе выполнения индивидуальных заданий и работы с молекулярной лабораторией необходимо по 1 компьютеру на каждого ученика.
Но, как вы понимаете, все это может быть гибко подстроено под конкретную школу, конкретного учителя и конкретный класс.
Вопросы для обсуждения
1. Согласны ли вы с тем, что в ГлобалЛаб дети создают НОВОЕ знание, поскольку, скорее всего, до них никто столь детально не исследовал их опытный участок.
2. Что произойдет, когда в проекте «Глобальная Школьная Лаборатория» будут задействованы сотни школ?
3. Могут ли школьники уже в 5-6 класса, сравнивая и анализируя общие данные, создавать новое знание, складывающееся из их собственных исследований и агрегации исследований всего сообщества.
4. Насколько самостоятельный выбор объекта исследования - опытного участка - может оказаться фактором, повышающим интерес детей к учебе
|
.jpg)
.jpg)
