Создание и использование биологических моделей на базе конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 в урочной и внеурочной деятельности по биологии.

Создание и использование биологических моделей на базе конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 в урочной и внеурочной деятельности по биологии.

ХХI век ставит нас перед новыми реалиями: ученик должен стать активной стороной познавательного процесса.

Изучение биологии во многом сопряжено с трудностями. Не всегда мы можем провести опыт или эксперимент на реальных живых организмах из-за этических соображений гуманности или из за ограниченности времени занятий. Именно в таких ситуациях нам на помощь приходят современные компьютерные технологии и моделирование.

Использование на уроках биологии компьютерной технологии позволяет активизировать процесс обучения, способствует эффективному усвоению учебного материала; процесс обучения становится разнообразным и увлекательным. Применение компьютера на уроках дает положительный эффект, формирует не только знания и умения, но и вырабатывает опыт творческой деятельности[3].

Особую популярность приобретают роботизированные наборы LEGO MINDSTORMS Education EV3. В данной работе мы рассмотрим использованиетаких наборов при изучении биологии: для выполнения исследовательских работ, проведения дополнительных практических работ на уроках, внеурочных занятий, проектов.

Все модели можно разбить на два больших класса: модели предметные (материальные) и модели информационные.

Предметные модели воспроизводят геометрические, физические и другие свойства объектов в материальной форме (глобус, анатомические муляжи, модели кристаллических решеток, макеты зданий и сооружений и др.).

Информационные модели представляют объекты и процессы в образной или знаковой форме. Образная модель - это модель в мысленной или разговорной форме. Знаковая модель - это модель, выраженная средствами формального языка (графики, таблицы, тексты и т.д.) [2].

Мы рассмотрим создание и использование предметных моделей из конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Сама идея создания моделей на базе образовательных наборов LEGO MINDSTORMS Education EV3 появилась благодаря проекту «Уральская инженерная школа». Интеграция дисциплин предлагает широкие границы для творчества и изучения, тем самым вызывает большой интерес детей и педагогов.

Поскольку дети начинают заниматься робототехникой с младших классов, переходя в среднее звено, им не составляет особого труда выполнять проекты на базе образовательного конструктора, что нужно активно использовать для развития творческих и исследовательских способностей детей. При этом перед учениками ставится конкретнаяучебная цель и обозначаются образовательные задачи. Ученики ищут пути решения через выполнение творческой работы.

При построении первых и наиболее простых моделеймы не используеминтеллектуальную часть конструктора (блок, моторы, датчики). При создании модели живых организмов или биологических систем, то мы приближаемся к«школьной бионике». Дети учатся анализировать качества или особенности строения живых организмов и моделировать в хорошо им знакомой среде конструктора. Данная деятельность является в равной мере как исследовательской, так и творческой, лежит на стыке двух дисциплин: биологии и робототехники.

Рассмотрим применение лего-конструктора на конкретном примере внеурочного занятия по биологии в 8 классе при изучении лицевого отдела черепа. Тема занятия: «Особенности функционирования челюстного аппарата человека». Цель занятия: рассмотреть строение и функции костей лицевого отдела черепа с помощью конструирования предметной модели. В ходе занятия учащиеся узнают механический принцип работы челюсти, что позволяет им модель челюстей из конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3. Возможность работы в новом формате становится мотивацией и стимулом к изучению новой информации, ее анализу и переработке. Создавая модель челюсти, происходит повторение материала по физике «Рычаги».

Более сложная работа может выполняться учащимися в долгосрочной проектной деятельности под руководством учителя биологии и учителей других предметов, интегрируемых в рамках проекта и учителя по робототехнике.

В течение 2015-2016 учебного года учащимися МБОУ ПГО «ОСОШ» было реализовано два долгосрочных проекта. Данный проект был выполнен учащимся 10 класса Земнуховым Данилом.

Продукт проекта «Модель собаки Павлова» используется на уроках биологии в 8 классе. Значительная часть учащихся затрудняется в понимании процессов формирования условных рефлексов. Данный опыт достаточно сложно выполнить, поскольку необходимо привлекать животных, и он требует достаточно много времени. По этой причине целесообразно использовать модель «Собака Павлова» для демонстрации формирования и разрушения условного рефлекса в 8 классе при изучении темы «Условные рефлексы». Учащиеся используют запрограммированную модель, чтобы опытным путем смоделировать формирование условного пищевого рефлекса.

Аналогичный проект можно провести в пятом классе при изучении биологии.

В 5 классе при изучении темы «Разнообразие живой природы» учащиеся познакомились с дополнительным материалом о гелиотропизме (движении за источником света). В природе данное свойство растений пронаблюдать без специальной аппаратуры практически невозможно. Учащиеся предложили собрать модель растения, которая будет демонстрировать гелиотропизм. В процессе обсуждения был выбран цветок подсолнечника. Изучение дополнительной информации позволило учащимся установить и запрограммировать в модели суточное перемещение соцветия за солнцем с востока на запад. Интерес учащихся был реализован в ходе интегрированного школьного научно-исследовательского проекта по биологии, экологии и информатике «Модель робота - подсолнуха на базе LEGO MINDSTORMS EV3, как средство изучения основ факториальной экологии». Цель: изучение действия абиогенных факторов (освещённость, температура окружающей среды) на движения растений через моделирование физиологических процессов при помощи образовательного конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3.

Работа была выполнена совместно с учителем информатики и робототехники К. Е. Гришко.

Модель «Робота-подсолнечника» способствует решению сложной задачи в методике преподавания биологии: демонстрации процесса гелиотропизма. Демонстрация модели была проведена ребятами на занятии «Среды обитания организмов».

Цель: продемонстрировать движение «робота-подсолнечника» в соответствии с суточным гелиотропным движением цветка подсолнечника.

Темы, изучаемые в разделе общая биология, вызывают у учащихся затруднения в понимании и запоминании. Как помочь учащимся запомнить непонятный, сложный материал урока? Задача учителя так преподнести непонятную тему, чтобы ученик не заметил ни одного сложного момента[3].

На уроке биологии в 9 классе мы вновь обращаемся к модели «робота-подсолнуха» для проведения практической работы «Изучение закона лимитирующего фактора, закон толерантности Шелфорда».

Обобщая опыт работы в данном направлении, можно сказать, что создание моделей на базе конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 предоставляет широкие возможности для учителя и учащегося в проектной, урочной и неурочной деятельности, делая процесс обучения интересным, а изучение абстрактных понятий практическим и наглядным.

Подводя итог проделанной работе, хотелось бы отметить большую роль инновационных технологий, которые позволяют детям развиваться, участвовать в активной деятельности, создавая или используя модель из конструктора. Наши дети неоднократно участвовали в районных и областных выставках и соревнованиях по робототехнике и занимали призовые места и сертификаты участников.

Популярность моделей, созданных на базе конструктора, заинтересованность учащихся не только в использовании конструктора, но и изучении дополнительного материала по разным школьным предметам, развитие и формирование необходимых компетенций при выполнении данных работ, позволяет сделать вывод об эффективности использования конструктора LEGO MINDSTORMS Education EV3 в урочной и внеурочной деятельности.

Список использованной литературы:

1. Изготовление и применение на уроках биологии динамичной модели процесса синтеза белка [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://festival.1september.ru/articles/632582/

2. Метод моделирования как средство достижения метапредметных результатов при изучении биологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.prodlenka.org/srednjaja-shkola/3364-metod-modelirovanija-kak-sredstvo-dostizhenij.html

3. Николаева Н.А., Использование мультимедийных технологий на уроках биологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://festival.1september.ru/articles/598471/