UPORABA RAČUNALNIKA PRI LABORATORIJSKIH VAJAH BIOLOGIJE, KEMIJE IN FIZIKE
Andrej Šorgo, Prva gimnazija Maribor
Darko Briški, Prva gimnazija Maribor
Zdenka Keuc, Prva gimnazija Maribor
Danila Žlender, Prva gimnazija Maribor
Dr. Slavko Kocijančič, Pedagoška fakulteta LjubljanaPOVZETEK
Avtorji opisujejo pozitivne izkušnje, ki so jih pridobili ob eksperimentalnih vajah, podprtih z računalnikom, pri predmetih biologija, fizika in kemija v gimnazijskem programu.
SUMMARY
The authors are describing the positive experiences which they have gained while carrying out laboratory work using the computer to teach biology, physics and chemistry at grammar school level.
KLJUČNE BESEDE
Eksperiment, biologija, kemija, fizika, računalnik, ProLab, senzor, gimnazija
KEYWORDS
Experiment, biology, chemistry, physics, computer, ProLab, sensor, high-school
UVOD
Le bežen pogled naokoli je potreben, da se zavemo, kako globoko se je računalnik zalezel v vse pore življenja. Temu trendu gimnazija seveda ni mogla uiti, zato tudi tam računalniki niso več nekakšni templji, okoli katerih se sučejo le posvečeni računalnikarji. Še več, postali so vsakodnevno orodje, ki se mu ni mogoče izogniti. Če pa bi primerjali uporabo računalnika v vsakdanjem življenju s tistim, kar počnemo z njimi po šolah, bi zlahka ugotovili velik razkorak (Kocjančič, 1999).V vsakdanjem življenju računalnikov namreč ne uporabljamo le za projektno delo, (Šorgo 1998) iskanje informacij, oblikovanje spletnih strani (Šorgo in Logar,1999) ali tipkanje dokumentov, temveč tudi za krmiljenje procesov ali zajem podatkov.
Za premostitev tega nesorazmerja je v gimnazijskem programu le malo možnosti. V praksi za vključitev računalnika kot orodja za zajem in analizo podatkov preostanejo le vaje naravoslovnih predmetov. Laboratorijske vaje so namreč obvezni sestavni del učnih načrtov in maturitetnih katalogov biologije, kemije in fizike. V obstoječih navodilih za delo pa uporaba računalnika pri laboratorijskem delu ni predvidena. Naša želja je bila preseči to stanje in vpeljati računalniško podprte vaje v redno šolsko prakso.
Pri tem smo izhajali iz predpostavke, da je mogoče enako strojno in programsko opremo uporabiti pri eksperimentalnem delu vseh treh predmetov. Prednosti takega pristopa so:
 | racionalnost - isto opremo si lahko delijo učitelji vseh treh predmetov |
| poenostavitev - dijaki pri vseh treh predmetih uporabljajo enake postopke, ki jih zaradi večkratnih ponovitev zato tudi bolje obvladajo |
| težišče dela se prenese z beleženja meritev na opazovanje in interpretacijo poteka eksperimenta |
| vzpostavljajo se medpredmetne povezave in transfer znanja med predmeti |
V našem prispevku obravnavamo le uporabo računalnika v funkciji instrumenta za zajem podatkov, čeprav je možnosti za uporabo še mnogo več. Računalnik lahko pri laboratorijskem delu naravoslovnih predmetov uporabimo vsaj:
| kot merilni instrument za zajem podatkov |
| za simulacijo eksperimentov |
| za demonstracijo eksperimentov |
| za statistično obdelavo in grafični prikaz rezultatov |
| za iskanje podatkov in zgledov eksperimentov po medmrežju |
| za pripravo zaključnih poročil |
ZA LABORATORIJSKE VAJE POTREBNA OPREMA
Računalnik lahko pri laboratorijskem delu naravoslovnih predmetov uporabimo kot merilni instrument za zajem podatkov. Zato potrebujemo:
| računalnik s procesorjem 80486 ali pentium, min 16 MB RAM, S-VGA zaslon, nameščeno okolje Windows 3.1, Windows for Workgroups 3.11 ali Windows 95 |
| Vmesnik CMC S2A z računalniško kartico |
Informacije o zgradbi in delovanju vmesnika so na voljo na domači strani dr. Slavka Kocjančiča na medmrežnem naslovu:
http://www.pef.uni-lj.si/slavkok/cbe/cbe-okvir.html
| senzorje in elektronska vezja |
Uporabili smo senzorje ameriškega proizvajalca Vernier. Informacije o senzorjih so na voljo na medmrežnem naslovu :
http://www.vernier.com/probes/index.html
Elektronska vezja, ki smo jih uporabili pri fizikalnih eksperimentih, so opisana na domači strani dr. Slavka Kocjančiča.
| programski paket Prolab |
Programski paket Prolab sestavljajo trije programi, in sicer:
CMC test 1.0
Hiskop 1.0
U/I karakteristike 1.0
Programski paket je na voljo brezplačno na straneh RO:
http://www.zrsss.si/cac/katalog/prolab2.html
Navodilo za delo je v roleti pomoč vsakega programa, opis programov pa na domači strani dr. Slavka Kocjančiča.
PRINCIP DELOVANJA
Osnovni princip eksperimentiranja z računalnikom je prav preprost (tega si sicer ne bi upali trditi o podrobnostih). Računalnik s pomočjo programa HiSkop spremenimo v osciloskop. Izbrani senzorji pa nam neko fizikalno ali kemično spremembo pretvorijo v električno napetost, ki jo preko vmesnika dovedemo v računalnik. Ta te spremembe prevede v ustrezno tekstovno ali grafično datoteko, ki jo lahko shranimo in kasneje obdelamo z drugimi orodji za analizo (npr. Excell ali Access).
Shematsko bi lahko to prikazali tako:
Slika1 : povezava senzorja za temperaturo preko vmesnika CMC S2A z računalnikom.
Slika 2: Merjenje energijske vrednosti arašida.
POSKUSI
V dosedanjem deli smo izvedli večje število poskusov iz fizike, biologije in kemije. Opisani so na spletni strani:
http://www.s-pgm.mb.edus.si/darko/eksperimenti/index.htm
Naslovi opisanih vaj so:
BIOLOGIJA
| Energijska vrednost hrane |
| Aktivnost encima katalaza v odvisnosti od temperature |
| Hitrost presnove pri kvasovkah v odvisnosti od temperature |
KEMIJA
| Endotermne in eksotermne reakcije |
| Titracija močne baze in močne kisline |
| Boylov zakon: razmerje "tlak - volumen" pri plinih |
| Kemijsko ravnotežje - določitev konstante ravnotežja, kc |
FIZIKA
| Lastno nihanje električnega nihajnega kroga |
| Polnjenje in praznjenje kondenzatorja |
| Karakteristike upora, zaporedna in vzporedna vezava |
| Karakteristika diode |
| Karakteristika žarnice |
REZULTATI
Rezultati se med eksperimentom izrišejo kot grafi spremembe napetosti v odvisnosti od časa (slika 3). Hkrati lahko spremljamo dve spremenljivki, npr. tlak in temperaturo. S postopkom umeritve lahko senzorje umerimo tako, da nam kažejo realne vrednosti spremenljivke na y osi. Postopek umeritve je odvisen od posameznega senzorja.
Slika 3: Rezultati, ki so jih dobili dijaki pri titriranju močne baze z močno kislino.
POGLED V PRIHODNOST
Po premnogih urah eksperimentiranja z računalnikom avtorji ocenjujemo, da bi morali računalniško vodene eksperimente razvijati še naprej. Navdušujoče je bilo spoznanje, da v posameznih eksperimentih ne opazujemo več le začetnega in končnega stanja, temveč potek dogajanja. Ugotavljamo, da je mogoče za računalnik prirediti marsikatero vajo, ki je že sedaj vključena v učne načrte, odpirajo pa se tudi mnoge nove perspektive.
Tako vodeni eksperimenti so za sedaj, predvsem zaradi pomanjkanja ustrezne opreme, ki bi omogočala delo več skupinam dijakov, predvsem dobrodošlo sredstvo za demonstracije pojavov. Poskus napravimo pred dijaki, ti pa nato sami ali v skupinah analizirajo rezultate.
Druga možnost je izvajanje eksperimentov v maturitetnih skupinah ali pa kot alternativa eni skupini pri delu v razredu ob obstoječih "klasičnih" vajah. Ne gre izpustiti možnosti, ki se odpirajo pri individualnem delu v obliki seminarjev in raziskovalnih nalog.
LITERATURA
Kocijančič, S. Projektno delo v računalniško podprtem šolskem laboratoriju. Mednarodna izobraževalna računalniška konferenca MIRK '99, str. 24-29. Piran 1999.
Šorgo, A. Ozka grla pri uvajanju projektnega dela po internetu v pouk biologije. MIRK'98. Piran 1998
Šorgo, A., Logar, D. . Primer medpredmetnega sodelovanja med področji biologija in informatika v gimnaziji. Mednarodna izobraževalna računalniška konferenca MIRK '99, str. 42-45. Piran 1999.
BESEDA O AVTORJIH
Ekipa Prve gimnazije, ki je uspela ukrotiti računalnik.
(od leve proti desni: Darko Briški, Andrej Šorgo, Zdenka Keuc, Danila Žlender)
ABOUT THE AUTHORS
The team of Prva gimnazija who have succeeded in taming the computer.
(from left to right: Darko Briški, Andrej Šorgo, Zdenka Keuc, Danila Žlender)
