Цифровые лаборатории Архимед

Архимед - результат совместной работы Института новых технологий и компании Fourier Systems (Израиль).

Последние версии регистраторов TriLink (работающих также совместно с КПК Palm Tungsten E2) или NOVA5000 отвечают требованиям автономной мобильной лаборатории и являются, по сути, самостоятельными компьютерами со своим источником питания, памятью, операционной системой и пользовательским интерфейсом, позволяя при этом осуществлять при желании полную синхронизацию с настольным компьютером или подключать к нему в качестве лишь регистраторов с целью получить более мощные возможности для анализа и обработки данных

NOVA 5000 – Nova5000 – специализированный портативный компьютер компании Fourier Systems, со встроенным регистратором данных – компьютер для естественнонаучного кабинета. Nova5000 весит всего лишь 1100 г, ученики могут носить его в портфеле или специальной сумке, брать на экскурсии, в поход, домой. Nova5000 включает встроенный регистратор данных Fourier Systems, программу MultiLab для управления экспериментом и обработки полученных данных, программу LanSchool для управления компьютерным классом. Также дополнительно имеется пакет полезных программ для образовательного процесса на уроке физики, например, встроенный инженерный калькулятор, редактор текста, таблиц, плеер мультимедийных презентаций, диктофон и пр. Windows-CE 5.0 – привычен и удобен для учителей и учеников и поставляется в комплекте с программным обеспечением, родственным Microsoft Office для настольного компьютера.

Также пользователи Nova5000 в зависимости от версии компьютера, имеют возможность поработать с программой LanSchool – для управления компьютерным классом. Lanschool открывает новые возможности организации лабораторных работ! Учитель может:

• 
  видеть на экране своего компьютера все ученические экраны одновременно;
  
• 
  демонстрировать всем свой учительский экран или экран любого ученика;
  
• 
  удаленно управлять компьютером любого ученика;
  
• 
  наблюдать за всеми действиями ученика, получать отчет о всех его действиях на компьютере;
  
• 
  организовать конференцию, голосование (опрос), вести индивидуальную беседу
  

В самой последней версии цифровой лаборатории Архимед 4.0 – принципиально новый регистратор данных USBLink. В USBLink оптимально сочетаются цена, качество и функциональные возможности – за сравнительно небольшие деньги пользователь получает устройство, которое способно автоматически определять датчики и производить замеры с частотой до 10 000 замеров в секунду. В USBLink – «ничего лишнего» – на вид это маленькая коробочка-переходник между датчиками и компьютером. Подсоединив USBLink к своему компьютеру в классе или дома – можно получить полноценную цифровую естественнонаучную лабораторию. USBLink – это простое многофункциональное устройство типа «plug-n-play» с 4 портами, к которым можно подключать до 8 датчиков одновременно и USB портом для подключения к компьютеру.

Основные достоинства регистратора USBLink:

• Подключение «plug-n-play»

• Высокая скорость регистрации данных – до 10 000 замеров в секунду

• Возможность одновременной регистрации данных от 8 датчиков

• Автоматическое определение датчиков

• Питание от любого USB порта компьютера

• Совместимость с программным обеспечением MultiLab

1. Датчик напряжения
	Датчик напряжения - вольтметр предназначен для измерения напряжения. Этот датчик дифференциального типа, способный измерять напряжение при любом направлении тока, помещен в пластиковый корпус и снабжен двумя прочными штекерами для соединения прибора с электрической цепью. Имеет симметричный вход, то есть к электрической цепи можно подключать любое количество датчиков напряжения без опасения вызвать в них короткое замыкание Диапазон измерений ±25 В
2. Датчик тока. Тип 1
	Датчик тока - амперметр предназначен для измерения силы тока. Это прибор дифференциального типа, способный измерять ток, протекающий через него в любом направлении, помещен в пластиковый корпус и снабжен двумя прочными штекерами, которые упрощают соединение прибора с электрической цепью. Датчик тока не имеет заземления. Для правильного выполнения измерений надо соединять отрицательный (черный) штекер датчика тока с отрицательной клеммой источника напряжения Диапазон измерений ±2,5 А
3. Датчик тока. Тип 2
	Датчик тока - амперметр предназначен для измерения силы тока. Это прибор дифференциального типа, способный измерять ток, протекающий через него в любом направлении, помещен в пластиковый корпус и снабжен двумя прочными штекерами, которые упрощают соединение прибора с электрической цепью Диапазон измерений ±250 мА
4. Микрофонный датчик
	Звуковой датчик (микрофон) предназначен для исследования звуковых волн. Частотный диапазон датчика: 35–10000 Гц. Датчик размещен в пластиковом корпусе. Не предназначен для контроля уровня звука. Диапазон выходного сигнала ±2,5 В
5. Датчик освещенности
	Это высокоточный многоцелевой датчик освещенности с быстродействующим чувствительным элементом и тремя диапазонами измерений. Предназначен для работы в закрытых помещениях и на открытом воздухе. Размещен в пластиковом корпусе Три диапазона измерений: 0–600 лк; 0–6 клк; 0–150 клк
6. Датчик влажности
	Датчик предназначен для измерения относительной влажности. Размещен в пластиковом корпусе и имеет регулировочный винт для установки нулевого значения Диапазон измерений 0–100 %
7. Датчик давления
	Датчик давления предназначен для измерения абсолютного давления газов. Датчик обычно используется в качестве датчика давления, например, в экспериментах по изучению газовых законов Диапазон измерений 0–700 кПа
8. Датчик силы
	Датчик предназначен для измерения силы. Монтируется на штативе или движущейся тележке, можно применять его также в качестве ручных пружинных весов Диапазон измерений ±10 Н, ±50 Н
9. Датчик индукции магнитного поля
	Датчик имеет два диапазона измерений. Диапазон с низкой  чувствительностью предназначен для изучения природы магнитных полей соленоидов и постоянных магнитов и измерения их величины, а диапазон с высокой чувствительностью – для исследования магнитного поля Земли Диапазон измерений ±10 мТл и ±0,2 мТл
10. Датчик расстояния
	Измеряет расстояние от места установки датчика до объекта. Скорость регистрации данных с помощью этого прибора может достигать 50 измерений в секунду, что позволяет с успехом использовать его в экспериментах с движущими объектами. Датчик потребляет много электрической энергии, поэтому рекомендуется использовать его только вместе с сетевым источником питания. Диапозон измерений 0,4–10 м; 0,4–2 м
11. Датчик температуры. Тип 1
	Этот простой и надежный датчик предназначен для измерения температуры в водных и других химических растворах с погрешностью ±1 ºС. Чувствительный элемент датчика имеет защитный чехол Диапазон измерений –25 – +110 ºС
12. Счетчик Гейгера–Мюллера
	Счетчик радиоактивности альфа, бета и гамма излучений Диапазон измерений 0–4096 Бк
13. Датчик электропроводимости
	Датчик электропроводимости предназначен для измерения проводимости жидкостей и растворов. Этот датчик может быть использован в экспериментах по химии, биологии и науке об окружающей среде Диапазон измерений 0–20 мСм
14. Датчик угла поворота DT148A
	Датчик предназначен для измерения всевозможных перемещений и замеров положения регистрируемых объектов. Он замеряет угловые отклонения от заданного направления
15. Датчик фотоворота
	Фотоворота предназначены для измерения  времени прохода предметов через створ фотоворот. Можно использовать в различных экспериментах по физике. Поставляются со специальным держателем. При работе датчик распознается программой MultiLab как датчик 0–5 В
16. Датчик температуры. Тип 2
	Датчик температуры (0 °C – 1250 °C) это датчик, в котором в качестве чувствительного сенсора применяется термопара типа K с диапазоном измерения от 0 °C до 1200 °C. Это чрезвычайно чувствительный датчик, имеющий погрешность не более 2 % на всем диапазоне измерения. Датчик применяется главным образом при измерении высоких температур, контроля химических процессов при высоких температурах, простого мониторинга сушильных шкафов и т. п. Высокая точность и надежность этого датчика позволяет использовать его как для целей промышленного производства, так и в сфере образования. Диапазон измерений 0–1250 °C
17. Датчик уровня шума
	Датчик уровня шума измеряет величину звукового шума в Дб (dB) в диапазоне от 45 до 110 Дб. Он идеально подходит для измерений уровня окружающих шумов и акустических характеристик комнат. Датчик содержит специальный электрический фильтр для фильтрации наводок напряжения электрической сети, которые могут поступать от регистратора. У датчика имеется три диапазона усиления, переключение между которыми осуществляется автоматически, обеспечивая удобство и гибкость в использовании датчика. Диапазон измерений 45–110

Регистраторы или измерительные интерфейсы всех поколений цифровых лабораторий Архимед предназначены для работы с программным обеспечением MultiLab. Программное обеспечение MultiLab – идеальный инструмент для практического обучения и обеспечивает отображение данных в виде графиков, таблиц или показаний шкал приборов. Позволяет получать данные от устройств Nova5000, USBLink в режиме реального времени (онлайн). MultiLab позволяет программировать и хранить журналы экспериментов, включающие в себя одновременно инструкции по проведению эксперимента, его настройки и шаблоны ученических отчетов. Мультимедийные возможности программы, позволяют сопровождать полученные данные синхронизированными видео- и аудиоматериалами в формате график (или прибор, или гистограмма)+таблица+фильм. управление регистрацией данных простое и интуитивно понятное. MultiLab имеет полную совместимость с такими программными приложениями, как WORD и EXCEL.

Особый интерес в составе ПО MultiLab для образовательного процесса на уроке физики представляет видеоанализатор движения, который способен преобразовывать видеозапись любого движения в набор данных. Мировая практика показывает, что чаще всего программные продукты такого типа не имеют совместимости с программами для анализа и обработки данных натурного эксперимента и стоят отдельных средств. В MultiLab совмещена возможность видеоанализа и натурного экспериментирования.


В современном комплекте цифровой лаборатории Архимед 4.0:

• Регистратор данных USBLink

• Набор датчиков по физике (индивидуальный для конкретной школы или региона как по составу, так и по количеству комплектов)

• Программное обеспечение MultiLab для настольного компьютера

• Справочное пособие и лабораторный практикум с описанием учебных экспериментов


Опыт применения цифровых лабораторий Архимед в образовательных учреждениях Москвы и других регионах России за последние годы показывает особую эффективность следующих видов деятельности с лабораторией:

фронтальные лабораторные работы

Лабораторные работы традиционно проводятся на уроках физики в общеобразовательных или профильных классах, на них запланировано время, имеется стандартный список работ. С цифровыми датчиками многие (не все!) стандартные работы можно автоматизировать, высвободить время для проведения обработки и анализа экспериментальных данных, есть возможность самому ученику перенастраивать экспериментальную установку и выбирать параметры эксперимента, быть активным исследователем (некоторые другие ЦЛ этого не позволяют).

Традиционно выполняются в конце учебного года или в выделенное время. Здесь особенно важна автоматизация сбора данных, так как работы более сложные и комплексные, данных собирать нужно много, много проводить расчетов. Кроме того, что стратегически более важно, работы практикума можно организовывать не только как проверку закономерностей, но и как исследование, самостоятельное «открытие» связей величин, и пр.

Демонстрационный эксперимент с цифровыми лабораториями Архимед теперь стал нагляднее, ведь явление, воспроизводимое на демонстрационном столе сопровождается одновременным построением графика, а быстрые процессы становятся видимы, и «мгновение останавливается» с помощью графиков высокочастотных измерений. Учитель может расширить диапазон демонстрационного оборудования более мелкими приборами, подключив видеокамеру и демонстрируя экспериментальную установку на экране. При этом ученики видят, что опыт происходит именно сейчас, и компьютерное оборудование становится инструментом исследования, помогая познавать реальность, а не уводя от нее.

Особый вид экспериментов с ЦЛ Архимед – эксперименты с видеосопровождением, отснятые заранее и показанные на уроке. Они очень напоминают «виртуальную реальность», то есть все происходит в компьютере… с той только разницей, что знакомые руки учителя держат знакомые или находящиеся на демонстрационном столе приборы, а процесс заснят до урока, в спокойной для учителя обстановке, капризный эксперимент проведен много раз и выбран тот вариант, который наиболее эффектен, редкая или сложная экспериментальная ситуация создана в специальных условиях институтской лаборатории и др. Обработка же происходит прямо на уроке, в любой момент ее выполняет учитель или ученики, по необходимости.

Механические явления в школе являются простыми и сложными в изучении. Простыми потому что можно ощутить на себе, увидеть, потрогать, помогает жизненный опыт собственного движения. Сложность и ответственность состоит в выделении значимых свойств из всего их многообразия, переход от явления или объекта к модели, описание модели. ЦЛ помогает постигать не только прямолинейное движение, но и гораздо более распространенное криволинейное. При этом необходимо только заснять движущийся объект на видео или вырезать интересующий фрагмент из готового фильма, а затем обработать в программе видеоанализа. И вот уже можно определить скорость движения мяча в ворота, высоту прыжка антилопы в фильме о животных или частоту вращения колеса папиной машины или даже скорость движения Гарри Поттера на метле! И опять же здесь ученика подстерегают неожиданные новые знания, которые он добывает сам, а обсуждать можно вместе… с одноклассниками, родителями, учителем.

Проектная деятельность заняла свое достойное место в учебном процессе, ЦЛ позволяет выполнять естественнонаучные исследования на современном уровне, исследовать действительно интересующие учащихся объекты и явления, находить свои варианты решения. Подтверждением тому множество и рост количества ученических проектов с использованием ЦЛ на различных конференциях и пр.

Компьютеризация учебного эксперимента дает возможность размещать материалы, выполненные с помощью ЦЛ или предназначенные для выполнения работ с ЦЛ, в информационной среде образовательного учреждения, дает возможности ученику и учителю не ограничивать возможности исследовательской деятельности временем пребывания в классе и доступностью оборудования.

Идеология Концепции информатизации образовательного процесса в системе Департамента образования города Москвы позволяет теперь ученикам не только проводить эксперименты в лабораториях и обмениваться результатами, сравнивая их, как в огромной научной лаборатории, но и изучать особенности самой этой «лаборатории» под названием «Природа», «Земля». И находясь в разных городах, выяснять, какие законы на самом деле работают везде, какие «константы» зависят от высоты над уровнем моря, влажности воздуха и других характеристик. То есть могут на самом деле изучать реальные явления природы, встречаться с трудностями, придумывать, как их преодолеть. И учитель становится консультантом и сотрудником. А результаты всех обсуждений фиксируются в информационной среде школы, включиться в обсуждение можно в любой момент и проявиться с любой стороны, как организатору и исполнителю, фотографу и экспериментатору, внимательному наблюдателю, генератору идей, точному контролеру. И мера участия каждого очевидна для всех, а в любой момент можно вернуться к невзначай оброненному или забытому предложению… Все это происходит на материале предмета – на уроке, вне урока, в каникулы и выходные, в любое время суток и из самых неожиданных мест планеты, где оказываются ученики.