материально-техническая база

Описание материально-технической базы центра «Точка
роста», используемого
для реализации образовательных программ
в рамках преподавания биологии и экологии
Материально-техническая база центра «Точка роста» включает в себя цифровые
лаборатории, наборы классического оборудования для проведения биологического
практикума, в том числе c использованием микроскопов. Учитывая практический опыт
применения данного оборудования на уроках биологии и в проектноисследовательской деятельности, сделан основной акцент на описании цифровых
лабораторий и их возможностях. При этом цифровые лаборатории в комплектации
«Биология», «Экология», Физиология» содержат как индивидуальные датчики, так и
повторяющиеся (табл. 1). Названия последних в приведённой таблице выделены
курсивом. Наличие подобных повторяющихся датчиков расширяет возможности
педагога по организации лабораторного практикума.
Таблица 1
Датчики цифровых лабораторий по биологии, экологии и физиологии
№ п/п

Биология

Экология

Физиология

Влажности воздуха

Артериального давления

Электропроводимости

Пульса

Освещённости

рН

Температуры
окружающей среды

Температуры тела

Нитрат-ионов

Частоты дыхания

Хлорид-ионов

Ускорения

Звука

ЭКГ

Влажности почвы

Силы (эргометр)

Кислорода

Оптической плотности 525
нм (колориметр)

Оптической плотности 470
нм (колориметр)

Мутности (турбидиметр)

Окиси углерода

Датчики и дополнительные материалы (переходники, чувствительные элементы,
методические материалы, зарядное устройство и др.) комплектуются в коробкичемоданы.

Рис. 1. Цифровая лаборатория
Ниже дана краткая характеристика цифровых датчиков, приведены выявленные на
практике технологические особенности применения. Учёт этих особенностей позволит
правильно использовать датчики и продлить срок их службы.
В комплекте цифровых лабораторий содержатся мультидатчики и монодатчики.
Мультидатчик по экологии позволяет измерять следующие показатели: водородный
показатель водных сред, концентрации нитрат-ионов и хлорид-ионов,
электропроводность, влажность, освещённость, температуру окружающей среды,
температуру растворов, растворов и твёрдых тел (рис. 2).

Рис. 2. Мультидатчик по экологии. Обозначение разъёмов и технологических отверстий:
1 — освещённость, 2 — относительная влажность воздуха, 3 — температура
окружающей среды, 4 — температура растворов, 5 — нитрат-ионы, 6 — хлорид-ионы, 7
— рН,

8 — электропроводность
Мультидатчик по физиологии позволяет определять артериальное давление, пульс,
температуру тела, частоту дыхания, ускорение движения (рис 3).

Рис. 3. Мультидатчик по физиологии. Обозначение разъёмов и технологических
отверстий: 1 — темпрература тела, 2 — пульс, 3 — частота дыхания (надет съёмный
мундштук)
СПРАВОЧНИК
Датчик влажности воздуха ― предназначен для измерения относительной
влажности воздуха. Диапазон измерения влажности: от 0 до 100 %. Разрешение
по влажности: 0,1 %. Время установления сигнала: 17 c.
Датчик влажности почвы ― предназначен для измерения степени увлажнения
почвы, выраженной в процентах. Применяется в агроэкологических и сельскохо
зяйственных
исследованиях.

Датчик электропроводимости ― предназначен для регистрации и измерения
удельной электропроводности жидких сред, в том числе и водных растворов
веществ. Применяется при изучении характеристик водных растворов, в том числе
почвенных вытяжек.

Датчик %. Диапазон рабочих длин волн: от 350 до 780 нм. Технологические
особенности: чувствителен к направлению на источник света.
Датчик температуры окружающей среды ― измеряет температуру воздушной
среды. Датчик оснащен выносным и герметичным температурным зондом,
устойчивым к лабораторным реагентам. Диапазон измерений от –40 до +180 °С.
Технологические особенности: для получения достоверных данных весь зонд
должен находиться в измеряемой среде, в противоположном случае возникает
значительная погрешность из-за теплопередачи по металлическому зонду и
рассеивании либо поглощении энергии в том месте, где он не находится в
измеряемой среде.
Датчик температуры растворов ― измеряет температуру и герметичным
температурным зондом, устойчивым к лабораторным реагентам (рис. 6). случае
возникает значительная погрешность из-за теплопередачи по металлическому
зонду и рассеивании либо поглощении энергии в том месте, где он не находится

Датчик температуры термопарный предназначен для измерения температур до
900. Используется при выполнении работ, связанных с измерением температур
плавления и разложения веществ, а также для измерения температуры в
экзотермических процессах.
дБ. Частотный диапазон: от 50 Гц до 8 кГц. Разрешение: 0,1 дБА (акустические
децибелы). Технологические особенности: датчик чувствителен к резким звукам,
которые могут дать завышенные результаты измерений.

пропускаемого света
плотности: 0,01 D. Длина оптического пути кюветы: 10 мм. Объём кюветы: 4 мл.
Технологические особенности: требуется хорошо промывать кювету для

исследуемого раствора.
Датчики химических параметров окружающей среды
показателя в водных растворах (рис. 9 ). Диапазон измерения рН: от 0 до 14.
Разрешение: 0,01 pH. Диапазон рабочих температур: от 10 до 80 °С. Длина
измерительного электрода: 140 мм. Используется для измерения водородного
показателя водных растворов, в различных исследованиях объектов окружающей
среды.
Технологические особенности:
1) стабилизация показаний наступает в течение от 2 до 7 мин (это время одного измерения);

2) перед измерением и после него необходимо промывать в дистиллированной воде,
чтобы не сбилась калибровка;
3) в нижней части электрода находится стеклянный шарик, чувствительный к ударам,
что требует осторожности в обращении;
4) при хранении обязательно помещать нижнюю часть электрода в специальный бюкс
(вставляется через отверстие в крышке бюкса);
5) в бюксе всегда должен быть трёхмолярный раствор хлорида натрия, следует
заранее позаботиться о запасе раствора, т.к. он немного проливается при
извлечении электрода, в сухом бюксе электрод скоро выйдет из строя.

Рис. 9. Снаряженный мультидатчик по экологии
Обозначения: 1 — щуп датчика электропроводимости, 2 — щуп датчика рН, 3 —
электрод сравнения, 4 — щуп датчика температуры, 5 — защитные колпачки (сняты)
СПРАВОЧНИК Датчик нитрат-ионов ― позволяет измерять концентрацию нитратионов в исследуемом растворе. Диапазон измерения: от 2×10-6 до 0,2 моль/л. Рабочий
диапазон рН: от 0 до 12 единиц рН Технологические особенности: стабилизация
показаний наступает в течение от 2 мин. Предназначен для количественного
определения нитратов в различных объектах окружающей среды: воде, овощах,
фруктах, колбасных изделиях и т.д. Датчик хлорид-ионов ― служит для измерения
концентрации ионов хлора в исследуемом растворе. Диапазон измерения: от 10-5 до 1
моль/л. Рабочий диапазон рН: от 0 до 12 единиц рН. Длина электрода: 140 мм. Для
экологических исследований целесообразно использовать некоторые датчики из
других комплектов поставки оборудования. Технологические особенности:
стабилизация показаний наступает в течение 7 мин (это время одного измерения).
Используется для количественного определения содержания ионов хлора в водных
растворах, почве, продуктах питания. При использовании датчиков нитрат-ионов и
хлорид-ионов к специальному разъёму мультидатчика по экологии необходимо
подключать ионоселективный электрод (рабочий электрод), а также электрод
сравнения (рис.

Датчик кислорода ― предназначен для определения относительной концентрации
кислорода в воздухе. Диапазон измерения: от 0 до 100 %. Разрешение: 0,1 %.
Технологические особенности: при измерении содержания газа в выдыхаемом воздухе
необходимо держать мембрану максимально близко ко рту; восстановление показаний
на воздухе происходит через 1―2 минуты (время диффузии через мембрану). Датчик окиси
углерода — измеряет концентрацию монооксида углерода (угарного газа) в окружающей
среде. Диапазон измерения: от 0 до 1000 ppm (миллионные доли). Разрешение датчика: 1
ppm. Технологические особенности: при учёте в исследовании ещё и содержания
кислорода потребуется пересчет из миллионных долей в проценты для приведения к
одной размерности (значение в ppm следует разделить на 10 000). Рис. 11. Датчики
кислорода (слева) и угарного газа (справа) 18 БИОЛОГИЯ В содержание Датчики
физиологических показателей организма человека Датчик температуры тела ―
предназначен для непрерывного измерения температуры тела в подмышечной впадине.
Оснащён выносным зондом. Диапазон измерения: от 25 до 50 ºС. Разрешение датчика: 0,1
ºС. Технологическая особенность: для точного измерения в подмышечной впадине должна
находиться вся металлическая часть зонда. Рис. 12. Датчик температуры тела Датчик
артериального давления ― позволяет измерять артериальное давление в диапазоне от 0
до 250 мм рт.ст. Разрешение датчика: 0,1 мм рт.ст. Датчик позволяет определить
систолическое, диастолическое давление, пульс. В комплект датчика входит специальная
манжета с утягивающим механизмом, нагнетатель воздуха с воздушным клапаном и трубка
для подключения к датчику. Технологические особенности: необходимо контролировать
плотность подключения разъемов, правильность положения манжеты на плече. Воздух из
манжеты следует спускать равномерно, медленно, слегка приоткрыв клапан нагнетателя.
Датчик пульса ― позволяет непрерывно определять частоту сердечных сокращений. Имеет
выносную клипсу, надеваемую на палец исследуемого. Диапазон измерения пульса: от 0
до 250 уд/мин. Разрешение: 1 уд/мин. Технологические особенности: следует
контролировать правильность надевания клипсы, т.к. при излишне глубоком надевании
она передавливает мелкие кровеносные сосуды пальца, что уменьшает точность
измерений. Датчик частоты дыхания ― предназначен для измерения частоты дыхательных

движений (циклов «вдох-выдох») за единицу времени. Анализируется количество
сокращений грудной клетки и передней брюшной стенки. В комплект датчика входит набор
гигиенических насадок, плотно надеваемых на дыхательную трубку. Диапазон измерения:
от 0 до 100 циклов/мин. Разрешение: 0,5 цикла/мин. Датчик ускорения ― определяет
ускорение движущихся объектов по трем осям координат. Диапазон измерения: от –8 до
+8 g. Разрешение датчика: 0,004 g. Датчик ЭКГ ― предназначен для измерения
электрической активности сердца. Определяет параметры, необходимые для построения
электрокардиограммы с помощью специальных одноразовых нательных медицинских
электродов, поставляемых в комплекте с датчиком. Технологические особенности: график
электрокардиограммы в программном обеспечении строится в одном отведении
Датчик кистевой силы (эргометр, силомер) ― измеряет сжимающее усилие, создаваемое
кистью руки. Диапазон измерений: от –50Н до +50Н и второй вариант –10Н до +10Н (либо
в килограммах, граммах). Разрешение: 0,02Н. Работа в программном обеспечении Releon
Lite В комплекте цифровой лаборатории Releon поставляется программное обеспечение
Releon Lite на USB-флеш-накопителе, а также Bluetooth-адаптер для связи регистратора
данных с беспроводными датчиками (рис. 13). Рис. 13.

Общий вид USB-флеш-накопителя (внизу) и Bluetooth-адаптера (вверху) Releon Установка
ПО Releon Lite на регистратор данных с операционной системой Windows может
осуществляться как с USB-флеш-накопителя, так и с сайта производителя, установка на
мобильные телефоны (смартфоны) — только с сайта производителя, ссылка на который
приводится в списке источников информации пособия. В последнем случае доступна
установка на устройства с платформами Android и iOS. Порядок установки ПО Releon Lite
описан в руководстве, которое входит в комплект поставки. Алгоритм работы в
программном обеспечении несложен. Графически он представлен на следующей схеме
(рис.14

При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет
наглядность учебного материала. Наглядность даёт возможность быстрее и глубже
усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах,
и повышает интерес к предмету.
Цифровые лаборатории «Школьного кванториума» — это качественный скачок в
становлении современной естественно-научной лаборатории. Все программное
обеспечение на русском языке. Методические материалы разработаны российскими
методистами и учителями в соответствии с Федеральным компонентом
государственного образовательного Стандарта по биологии.

Цифровые лаборатории являются новым, современным оборудованием для
проведения самых различных школьных исследований естественно-научного
направления. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную
программу, так и совершенно новые исследования.