CONFERINŢA NAŢIONALĂ DE INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ, EDIŢIA A V-A, BUCURE�TI, 20 MAI 2008 9

Real şi virtual în �tiinţe Naturale Achiziţia, prelucrarea si prezentarea datelor

experimentale Mihaela Garabet – Liceul Teoretic Grigore Moisil-Bucureşti,

Ion Neacşu - Liceul Teoretic Grigore Moisil-Bucureşti,

Această lucrare descrie şi prezintă un proiect aflat în desfăşurare, intitulat "Real şi virtualîn �tiinţe Naturale- Achiziţia, prelucrarea si prezentarea datelor experimentale în lecţiile de �tiinţe Naturale”. Vă propunem o colecţie de experimente destinate lecţiilor de fizică, chimie, biologie, geografie, într-un cuvânt �tiinţe Naturale. Efectuăm o serie de experimente şi descriem modalităţile de a experimenta cu elevii pornind de la simpla observare a fenomenelor naturale, continuând cu aşa-numitele home-made experiments, dezvoltate cu materiale la îndemâna oricui, şi terminând cu experimente cu achiziţie de semnale utilizând sisteme consacrate sau inovate. Aceste lecţii experimentale sunti disponibile în format electronic la http://education.inflpr.ro/ro/home.htm şi conţin materiale sub formă de pdf-uri şi fişiere .xls. Proiectul se desfăşoarăsub egida Center for Science Education and Learning de pe lângă Institutul Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei, în parteneriat cu Microsoft Partners in Learning, reţeaua europeană Hands on Science, corporaţia National Instruments (SUA) şi Vernier International (SUA).

1. ELEMENTE DE DIDACTICA EXPERIMENTELOR �COLARE

Lucrările experimentale specifice activităţii didactice constau în observarea, verificarea şi/sau măsurarea unor mărimi caracteristice unor fenomene provocate sau nu şi dirijate într-o măsură mai mare sau mai mică. Ele sunt specifice Ştiinţelor Naturale pentru care reprezintă o metodă de învăţare şi au un pronunţat caracter activ-participativ stârnind, în primul rând, curiozitatea elevilor în timpul desfăşurării experimentului de către profesor, apoi implicarea, prin propriile lor acţiuni, la realizarea acestuia. Experimentul este definit de către psihologi „ca un procedeu de cercetare în ştiinţă, care constă în provocarea intenţionată a unor fenomene în condiţiile cele mai propice pentru studierea lor şi a legilor care le guvernează; observaţie provocată; experienţă.”

Încă de la sfârşitul secolului al XIX-lea experţii în teoriile învăţării considerau experimentul şi observarea nemijlocită a realităţii ca fiind baza învăţării Ştiinţelor Naturale. Conceput în corelaţie cu principiile didacticii moderne, experimentul de laborator urmează treptele ierarhice ale învăţării, conducând elevul de la observarea unor fenomene fizice sau chimice pe baza demonstraţiei la observarea fenomenelor prin activitatea proprie (faza formării operaţiilor concrete), apoi la verificarea şi aplicarea în practică a acestora (faza operaţiilor formale) când se cristalizează structura formală a intelectului şi în continuare, la interpretarea fenomenelor observate care corespunde fazei celei mai înalte dintre treptele ierarhice ale dezvoltării (faza operaţiilor sintetice).

2. SCURTĂ DESCRIERE A PROIECTULUI

În cadrul acestui proiect ne-am propus tratarea unor teme experimentale pe diferite nivele, în funcţie de dotarea laboratoarelor în care se va desfăşura activitatea. Astfel, am debutat fiecare studiu experimental cu problematizarea pornind de la echivalentele naturale al fenomenelor studiate. Am continuat cu versiunea de experiment efectuat cu materiale aflate la îndemna oricui, acolo unde a fost posibil. Urmează, în mod firesc, versiunea experimentală cu materiale aflate în trusele de laborator, apoi versiunea cu achiziţie computerizată de

semnale. Am încercat să oferim celor care nu dispun de sisteme de achiziţie rezultatele acestor experimente ca serii de date în fişiere Excel. Recomandăm prelucrarea acestor date experimentale, indiferent de modul în care au fost culese, prin utilizarea Microsoft Excel. Pentru prezentarea unor secvenţe experimentale, în special în cazul experimentelor dezvoltate cu materiale aflate la îndemâna oricui, recomandăm utilizarea Microsoft PowerPoint sau Windows Movie Maker.

10 CONFERINŢA NAŢIONALĂ DE INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ, EDIŢIA A V-A, BUCURE�TI, 20 MAI 2008

Am utilizat pentru achiziţie de semnale sisteme dezvoltate de firma Vernier International si sisteme compuse din plăci de achiziţie National Instruments, senzori dedicaţi sau construiţi artizanal, precum şi

software special dezvoltat utilizând limbajul de programare grafică LabVIEW. Lucrarea este accesibilă, în varianta electronică, prin download de la http://education.inflpr.ro

3. CUPRINS

După cum am anticipat deja în cuprins veţi găsi: Elemente de didactica experimentelor şcolare Despre măsurare Mijloace didactice utilizate în dezvoltarea de experimente Cum lucrează un sistem pentru achiziţia computerizată de semnale reale? Prelucrarea şi prezentarea datelor experimentale utilizând Microsoft Office: Word, Excel, PowerPoint Experimente Mişcări rectilinii Oscilaţii mecanice

Sunete şi înregistrarea lor Echilibrul termic Circuite electrice de curent continuu Studiul surselor de lumină Investigarea unor soluţii apoase Încălzirea globală Cum funcţionează plantele? Investigarea funcţiilor de nutriţie Investigarea sistemului cardiovascular uman: EKG, evaluarea tensiunii arteriale şi a ritmului cardiac

4. EXTRASE DIN LUCRARE

Prezentăm spre exemplificare, extrase din lucrare. Studiul experimental al pendulului gravitaţional Tema lucrării - Determinarea perioadei pendulului gravitaţional

- Determinarea acceleraţiei gravitaţionale a locului din perioada pendulului gravitaţional În varianta experimentală cu achiziţie de semnal am utilizat fie un detector de mişcare Go Motion, fie un

Sistem inductiv cu magnet – bobină pentru a genera tensiuni variabile unei plăci de achiziţie National Instruments care să permită determinarea perioadei de oscilaţie a pendulului gravitaţional.

M. GARABET, I. NEACȘU - REAL �I VIRTUAL ÎN �TIINŢE NATURALE. ACHIZIŢIA, PRELUCRAREA SI PREZENTAREA DATELOR EXPERIMENTALE 11

O altă lucrare experimentală se referă la studiul

fotosintezei.Utilizăm un senzor de lumină şi unul de pH pentru a detecta consumul de dioxid de carbon care se soldează cu scăderea acidităţii apei în care se află o rămurică de Elodea Canadiensis (ciuma apelor). În timpul fotosintezei plantele consumă dioxid de carbon pentru a fabrica zaharuri şi oxigen sub acţiunea luminii. Plantele sunt organisme care îşi pregătesc singure hrana din substanţe minerale, apă şi dioxid de carbon în cadrul procesului de fotosinteză.

În capitolul dedicat sunetelor ne ocupăm de determinarea vitezei sunetului în aer. Pentru aceasta vom utiliza metode diferite.

Fotosinteza este procesul fiziologic prin care plantele verzi sintetizează substanţele organice din dioxid de carbon si apă cu ajutorul luminii solare absorbite de clorofila şi eliberează oxigen. Lumina solară are un rol foarte important în hrănirea vieţuitoarelor. Practic, mâncarea şi combustibilii fosili pe care îi utilizăm sunt produşi ai fotosintezei, procesul care transformă energia luminii solare în forme de energie ce pot fi folosite în sisteme biologice. Organisme începând cu bacteriile, algele şi terminând cu plantele superioare sunt capabile să realizeze fotosinteza.

Studiul fotosintezei

Plante superioare

12 CONFERINŢA NAŢIONALĂ DE INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ, EDIŢIA A V-A, BUCURE�TI, 20 MAI 2008

În lecţia despre circuite de curent continuu vom ridica carecteristicile curent-tensiune ale unor dipoli.

ACKNOWLEDGMENT

Proiectul descris a benefiat de sprijinul: Center for Science Education and Learning de pe lângă Institutul Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei, Microsoft Romania prin programul Partners in Learning, reţelei

europene Hands on Science, corporaţiei National Instruments (SUA) şi al corporaţiei Vernier International (SUA), cărora le mulţumim pe această cale pentru încrederea acordată.

BIBLIOGRAFIE

[1] SAVU, T, SAVU G. “ Informatică-Tehnologii asistate de calculator,

Editura ALL, 2000

[2] MUNTEANU M, LOGOFATU B, LINCKE R., ”Aplicaţii de

instrumentaţie virtuală – LabVIEW”, Bucureşti, CREDIS, UB

[3] GARABET M, NEACŞU I, ”Lecţii experimentale în laboratorul de

fizică”, Editura Niculescu, Bucureşti, 2004 [4] www.ni.com [5] www.vernier.com