МЕЖПРЕДМЕТНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ ИНФОРМАТИКИ И ФИЗИКИ В УСЛОВИЯХ ЦИФРОВОЙ ТРАНСФОРМАЦИИ ШКОЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается методика реализации межпредметной интеграции информатики и физики на основе современного цифрового оборудования и аудиовизуальных средств. В качестве технологической платформы предложено использование цифровой лаборатории «Releon Point» и мультимедийного проектора. Автором проанализированы педагогические возможности данного комплекса, разработана модель совместного учебного занятия и приведены конкретные примеры заданий, формирующих у учащихся метапредметные компетенции в области обработки экспериментальных данных, программирования и физического моделирования.

Ключевые слова: межпредметная интеграция, цифровая трансформация, школьный лабораторный эксперимент, цифровая лаборатория, Releon Point, Releon Lite, информатика, физика, мультимедийный проектор.

Введение

Современный этап развития образования характеризуется активной цифровой трансформацией, которая кардинально меняет инструментарий и методологию преподавания естественнонаучных дисциплин. Традиционное оборудование для лабораторных работ по физике уступает место цифровым датчикам и компьютерным системам сбора данных. Это создает принципиально новую образовательную ситуацию: для проведения и анализа физического эксперимента учащемуся теперь необходимы компетенции в области информационных технологий — от управления измерительным комплексом до обработки массивов данных и их визуализации.

Однако в текущей школьной практике дисциплины «Информатика» и «Физика» часто существуют изолированно. Учащиеся могут изучать обработку данных в электронных таблицах на информатике, но не применять эти навыки к реальным экспериментам, или, наоборот, использовать цифровые датчики на физике как «черный ящик», не понимая принципов их работы. Преодоление этого разрыва требует целенаправленной межпредметной интеграции, где цифровая лаборатория выступает не просто инструментом, а связующим звеном между двумя предметными областями.

Такой подход имеет долгосрочное значение. Для школьников он формирует целостное научное мышление и ключевую для XXI века компетенцию — умение использовать цифровые инструменты для решения реальных практических задач, что напрямую готовит их к будущей учебе в вузах и работе в высокотехнологичных отраслях. При этом, как отмечают исследователи, «реализация ФГОС общего образования требует развития у обучающихся универсальных учебных действий, к числу которых относится исследовательская деятельность. Цифровые лаборатории являются эффективным средством формирования исследовательских компетенций школьников» [2]. Для педагогов реализация межпредметных связей — это не только требование времени, но и мощный ресурс профессионального роста. Совместная разработка уроков, взаимопомощь в освоении нового оборудования и методик обогащает педагогический опыт учителей физики и информатики, расширяет их предметный кругозор и создает единую образовательную среду, ориентированную на развитие ученика. «Важным условием эффективности является готовность педагога не только технически освоить новое оборудование, но и перестроить методику проведения занятий в сторону исследовательской и проектной деятельности» [2].

Важным инструментом такой интеграции становится мультимедийный проектор. Он позволяет педагогу в режиме реального времени демонстрировать всему классу интерфейс программного обеспечения, процесс подключения и калибровки датчиков, а также динамику появления экспериментальных данных в таблицах и на графиках, трансформируя индивидуальную работу за компьютером в коллективный учебный процесс. Это обеспечивает наглядность и единое понимание технических процедур, что особенно важно на начальном этапе освоения сложного оборудования.

Цель данной статьи — предложить методическую модель интеграции информатики и физики на основе цифровой лаборатории «Releon Point» и показать, как ее технические и программные особенности в сочетании с аудиовизуальными технологиями позволяют эффективно формировать у учащихся единую картину научно-технологической деятельности.

1. Цифровая лаборатория «Releon Point» и мультимедийный проектор как платформа для интеграции

Оборудование компании «Релеон», в частности комплекс «Releon Point», представляет собой оптимальное техническое решение для реализации межпредметных связей. Его ключевые характеристики, описанные на официальном сайте, напрямую способствуют педагогической интеграции. Техническую основу системы составляют мультидатчики, объединяющие в одном корпусе несколько измерительных устройств. Это позволяет быстро делать измерения, экономить время урока. Мультидатчики обеспечивают мобильность, что критически важно для организации гибкой учебной деятельности. Устройства подключаются напрямую к компьютеру или планшету, что устраняет технические барьеры [1].

Бесплатное ПО Releon Lite выполняет двойную функцию. Для физики — это инструмент немедленного сбора и визуализации данных «по готовым сценариям». Для информатики — это объект изучения: интерфейс программы, принципы работы с потоками данных в реальном времени, экспорт результатов в стандартные форматы (CSV, XLSX) для последующей углубленной обработки. Ключевым преимуществом подобных систем является то, что они «позволяют автоматизировать процесс измерения физических величин и обработки данных, предоставляя больше времени на осмысление результатов, выдвижение и проверку гипотез» [2]. В комплект входят готовые сценарии построения занятий, которые учитель может трансформировать из чисто физического эксперимента в интегрированный проект. «Включение цифровых лабораторий в проектную деятельность создает условия для мотивации учащихся, развития их познавательной активности и самостоятельности» [2].

В связке с «Releon Point» мультимедийный проектор выполняет несколько ключевых функций. Во-первых, он позволяет демонстрировать «цифровой эксперимент»: учитель может наглядно показать всему классу процесс сборки электрической цепи, правильного подключения мультидатчика. Во-вторых, проектор обеспечивает коллективный анализ данных: в режиме реального времени на большом экране отображаются измеряемые значения, строятся графики их зависимостей, что позволяет организовать фронтальную беседу, выдвигать гипотезы и сразу же проверять их экспериментально. В-третьих, это эффективный инструмент для обучения работе с ПО: пошаговая демонстрация настройки программы, калибровки датчиков, выбора режимов измерений формирует у учащихся общую IT-грамотность и алгоритмический подход к работе с измерительными системами.

Таким образом, сочетание «Releon Point» и проектора создает гибкую, практико-ориентированную среду, которая связывает абстрактные IT-навыки с реальным измеряемым миром, снижает порог входа за счет наглядной демонстрации и подходит как для демонстраций, так и для проектно-исследовательской деятельности.

2. Методическая модель интегрированного занятия

Модель строится на последовательном переходе от физической постановки задачи к цифровому измерению и IT-обработке, а затем — к анализу и интерпретации результатов. Первый этап — физическое проблематизация и планирование эксперимента — проходит под руководством учителя физики, который формулирует исследовательскую задачу (например, «Исследовать зависимость мощности тока на резисторе от напряжения на его концах»). Учащиеся обсуждают физическую модель, планируют эксперимент, определяют, какие величины и как необходимо измерить.

На этапе цифровой реализации и сбора данных происходит непосредственная интеграция. С помощью проектора учитель демонстрирует подключение мультидатчика (например, с функциями амперметра и вольтметра) к электрической цепи, объясняя принципы подключения. Учащиеся, повторяя действия, настраивают Releon Lite, где актуализируются знания об аналогово-цифровом преобразовании и дискретизации сигнала. Затем проводится сам физический эксперимент с изменением параметров цепи.

Третий этап — обработка и анализ данных — смещает фокус на информатику. Собранные данные экспортируются в CSV-файл. Учащиеся используют Python или электронные таблицы для расчета производных величин (мощности), построения графиков зависимостей, проведения аппроксимации и статистической оценки погрешностей. На завершающем этапе интерпретации и представления результатов учащиеся возвращаются к физическому анализу: сопоставляют экспериментальные графики с теоретическими моделями, обсуждают физический смысл полученных зависимостей и формулируют выводы. Итогом становится комплексный отчет, содержащий как физический анализ, так и описание примененных IT-методов, что формирует навык научной коммуникации.

3. Примеры интегрированных заданий с использованием «Releon Point»

1. Исследование мощности и силы тока в электрической цепи (темы: Законы постоянного тока, обработка табличных данных, построение графиков [4]).

Физика: Экспериментальная проверка закона Ома для участка цепи и зависимости мощности от силы тока и напряжения.

Информатика: Использование мультидатчика для одновременного измерения силы тока и напряжения. Создание в электронной таблице динамической расчетной модели, которая в реальном времени по вводимым значениям вычисляет мощность, сопротивление и строит сводный график.

2. Исследование колебаний математического маятника (темы: механические колебания, работа с данными [4]).

Физика: Проверка зависимости периода от длины нити.

Информатика: Использование датчика расстояния для записи колебаний. Экспорт «сырых» данных и их обработка: написание алгоритма для автоматического определения периода колебаний по массиву точек.

3. Лабораторная работа «Калибровка датчика» (темы: измерение и погрешность, основы метрологии, программирование [4]).

Совместная задача: Проведение калибровки датчика температуры, сравнение его показаний с эталонным термометром.

Информатика: Построение калибровочного графика, аппроксимация функции. Написание программы-корректора, которая выдает скорректированные значения по калибровочной формуле.

Заключение

Цифровая трансформация школьного эксперимента — это изменение самой парадигмы естественнонаучного образования, в котором физическое познание мира неразрывно связано с цифровыми технологиями его исследования. Цифровая лаборатория «Releon Point», благодаря своей архитектуре, основанной на универсальных мультидатчиках и гибком программном обеспечении Releon Lite, в сочетании с классическим мультимедийным проектором предоставляет уникальную возможность для глубокой и содержательной интеграции курсов информатики и физики. Совместное использование этих технологий формирует единую цифровую образовательную среду, где визуализация, коллективное обсуждение и индивидуальная практическая работа сливаются воедино. В результате формируется не разрозненный набор предметных знаний, а целостная экспериментально-вычислительная компетенция, критически важная для будущих специалистов в любой области науки и техники.

Успешная реализация данной модели на практике напрямую зависит от уровня сотрудничества педагогов. Она может принимать две основные формы. Первая и наиболее эффективная — это партнерство учителя физики и учителя информатики, где совместными усилиями разрабатывается сквозная программа занятий. В этом случае учитель информатики становится техническим консультантом, помогая, например, в массовой установке и настройке программного обеспечения Releon Lite на школьные ноутбуки, обучая основам обработки данных на Python или совместно анализируя ошибки в экспериментальных данных. Вторая форма — это самостоятельное повышение IT-квалификации учителем физики. Посещение курсов, освоение основ программирования и анализа данных позволяет ему самостоятельно интегрировать цифровые методы в свой предмет, становясь, по сути, педагогом-исследователем нового типа. Оба пути ведут к одной цели — созданию современной, технологически оснащенной и интегрированной образовательной экосистемы в школе.

Внедрение подобного интегрированного подхода требует координации действий учителей-предметников и пересмотра тематического планирования, но именно оно позволяет в полной мере реализовать потенциал современного цифрового оборудования для достижения новых образовательных результатов, отвечающих вызовам цифровой эпохи.

Список литературы:

1. Официальный сайт компании «Релеон». Цифровые лаборатории Releon Point. https://rl.ru/products/digital-labs/releon-point/. – Описание технических характеристик, программного обеспечения и методических материалов комплекса.
2. Милинский А. Ю., Саприна А. С. Развитие исследовательских навыков школьников с цифровыми лабораториями // Организация проектной деятельности по физике в рамках ФГОС с применением оборудования технопарка универсальных педагогических компетенций. 2023. [Электронный ресурс]. https://cyberleninka.ru/article/n/razvitie-issledovatelskih-navykov-shkolnikov-s-tsifrovymi-laboratoriyami
3. Федеральный государственный образовательный стандарт основного общего образования (ФГОС ООО). – Определяет требования к метапредметным результатам, включающим ИКТ-компетентность и основы учебно-исследовательской деятельности.
4. Примерные основные образовательные программы по физике и информатике. https://edsoo.ru/konstruktor-rabochih-programm/?ysclid=ml2cz7gxpr856649613