Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектная и исследовательская деятельность школьников по биологии и химии. Монография
.pdf
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ
бораторные работы. Они проводятся с целью углубления и закрепления
навыка наблюдения и других практических действий обучающихся с биологическими объектами, включения обучающихся в учебные действия
по поддержанию познавательного интереса к изучению живой природы;
активизации самостоятельной учебной деятельности, развития когнитивной и коммуникативной сфер личности.
Для обучающихся 5-х классов предусмотрены лабораторные
работы,
направленные на ознакомление с систематическим положением организма с помощью определительной карточки, с принципами систематики
организмов, выявления приспособленности организмов к условиям разных сред обитания. Обучающиеся 6-го класса должны изучить способы
приготовления микропрепаратов растительных клеток, строение корня,
побега и почки, листа, стебля, цветка, плодов и семян растений. Ученики
7-го класса в ходе лабораторных работ исследуют строение одноклеточных и нитчатых зеленых водорослей, зеленого мха кукушкин лен, сосны
обыкновенной, плодовых тел шляпочных грибов; рассматривают растения хвойного, смешанного и широколиственного леса, бактерии зубного
налета. В 8-м классе школьники на лабораторных занятиях в классе готовят микропрепарат животной клетки, изучают строение яйца и развитие зародыша птицы (курицы), строение простейших, дождевого червя,
насекомых, рыбы, птиц, млекопитающих. Для обучающихся 9-го класса
обязательными являются лабораторные работы, посвященные изучению
процесса расщепления пероксида водорода с помощью ферментов, содержащихся в животных клетках, строения тканей человеческого организма,
спинного и головного мозга, позвонков, микроскопического строения
крови человека и лягушки, составления суточного пищевого рациона,
определения типа кожи, изучению изменения размера зрачка, исследованию строения глаза, сперматозоидов и яйцеклеток млекопитающих.
Обширна тематика лабораторных работ для обучающихся 10–11-х классов. Так, при изучении химической организации, строения и жизнедеятельности клетки школьники должны познакомиться со свойствами белков,
углеводов и липидов, научиться проводить качественные реакции на эти
161
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
вещества; наблюдать за движением цитоплазмы в растительных клетках, плазмолизом и деплазмолизом, каталической активностью фермента
амилазы, митозом в корешках конских бобов и др. При изучении размножения и развития организмов от обучающихся требуется умение описывать на готовых микропрепаратах строение зрелых половых клеток млекопитающих, органов размножения цветковых растений. При изучении
генетики, селекции и биотехнологии школьники изучают излюбленный
объект генетических исследований – дрозофилу, составляют родословные своей семьи, описывают сорта культурных растений и породы домашних животных. На лабораторных работах при изучении эволюции,
антропогенеза и экологии обучающиеся должны научиться описывать
приспособленность организмов к среде обитания и доказывать ее относительную целесообразность, выявлять ароморфозы и идиоадаптации
у растений и животных, характеризовать экологические адаптации современного человека, анатомические особенности растений из разных мест
обитания, жизненные формы организмов, экологические ниши видов,
моделировать структуры и процессы в экосистемах и др.
Несмотря на обширную тематику и обязательность лабораторных
работ как организационную форму обучения биологии, нельзя сказать,
что они в полной мере выполняют задачи исследовательского обучения.
Например, главной особенностью лабораторных работ является их ограниченность по времени. Лабораторная работа занимает всегда только
один урок, т.е. 40–45 минут, в течение которого не всем школьникам удается завершить познавательный цикл, получить практические результаты
и сделать вывод. Степень самостоятельности школьников в такой организационной форме исследовательского обучения, как правило, невысока. Тема, цель, материалы и оборудование лабораторной работы, сам ход
ее выполнения регламентированы инструктивной карточкой, что придает исследовательской деятельности обучающихся шаблонность, снижает
возможность использования проблемного подхода к обучению биологии,
не позволяет углубиться в сущность изучаемых биологических объектов,
процессов и явлений.
162
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ
Вышеперечисленных недостатков лишена другая форма учебно-исследовательской деятельности школьников – практические исследо-
вательские работы. Они выполняются по желанию школьников, т.е.
не являются обязательными для всех обучающихся того или иного класса, тематика практических исследовательских работ не ограничивается
жесткими требованиями предметного содержания учебных программ
по биологии, а время на выполнение –
рамками лишь одного урока.
Практические исследовательские работы организуются индивидуально в виде внеурочной исследовательской деятельности по биологии.
Отдельные ее элементы уже можно вводить в 5-м классе. Так, для активизации исследовательской деятельности пятиклассников, формирования у них мотивации целесообразно знакомить их с исследовательскими
работами старшеклассников. Система поэтапного приобщения к исследовательской деятельности с первых уроков биологии содействует развитию познавательного интереса к биологическим знаниям, а также способствует выявлению интеллектуально одаренных школьников. Каждый
ученик в ходе выполнения практических исследовательских работ имеет
возможность реализовать себя, применить имеющиеся у него биологические знания и жизненный познавательный опыт, показать исследовательскую компетентность, ощутить успех и результат работы.
Самая распространенная во внеурочной деятельности форма практической исследовательской работы – исследование-наблюдение. Оно основано на простом эмпирическом методе, заключающемся в активном,
систематическом, целенаправленном и планомерном восприятии живого биологического объекта с фиксацией результатов. Наблюдение может
быть непосредственным или с использованием различных средств, приборов (лупы, микроскопа) и способов фиксации результатов (фото- и видеосъемка). Помимо рассмотренных ранее фенологических наблюдений,
возможны биологические наблюдения по следующим темам: «Приспособленность растений степей (пустынь) к засушливым условиям обитания», «Условия жизни и особенности строения насекомоядных растений», «Изучение поведения канареек в условиях неволи», «Особенности
163
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
зимовки утки-кряквы в условиях городской среды», «Особенности поведения домового воробья в зимний период», «Жизнь птиц в большом городе», «Развитие головастиков лягушки», «Воспитание бабочки-крапивницы из гусеницы» и др. Кроме того, обучающимся могут быть предложены
наблюдения за поведением рыб в аквариуме, хомячка в клетке, реакцией
комнатных растений на
длину светового дня и др.
Помимо традиционных наблюдений за жизнью растений и животных,
школьники могут выполнить исследовательские работы, содержащие значительный элемент новизны и практической значимости. Например, ученица 9-го класса одной из московских школ Ксения К. выбрала для своего
исследования тему «Предпочтение некоторых перепончатокрылых в выборе пыльцы». Данная научно-исследовательская работа была представлена в 2016 г. на конкурсе «В науку шаг за шагом», проведенном в рамках
Открытой Межрайонной конференции проектных и исследовательских
работ в СЗАО г. Москвы.
Цель работы состояла в выяснении предпочтения отдельных видов насекомых из отряда Перепончатокрылые к опыляемым растениям. Местом
проведения исследования был выбран заповедник «Куликово поле» (урочище «Татинки» с ковыльной степью, участок близ реки Смолки, урочище «Зеленая дубрава») в период с 23 июня по 7 июля 2014 г., что связано
со сроками массового фуражирования перепончатокрылых насекомых.
Гипотеза исследования состояла в том, что все перепончатокрылые насекомые опыляют все подряд цветущие растения. Для подтверждения гипотезы были поставлены следующие задачи исследования: 1) выяснение
видового разнообразия перепончатокрылых насекомых-опылителей заповедника «Куликово поле»; 2) сбор пыльцы с перепончатокрылых насекомых-опылителей в период их массового фуражирования для выяснения
предпочтения к опыляемым растениям; 3) определение видов насекомыхопылителей и опыляемых растений.
Методика исследования состояла в следующем: 1) перепончатокрылых насекомых отлавливали воздушным энтомологическим сачком
по методике Фасулати (1971) в тот момент, когда они посещали цвету-
164
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ
щие растения; 2) отловленных насекомых морили, определяли и собирали в коллекцию; 3) с корзиночек на задних конечностях и тела насекомых
в пробирки Эпендорфа собиралась пыльца, из которой делали микропрепараты, т.е. помещали на предметное стекло, окрашивали красителем
кислый фуксин, а затем помещали в глицерин-желатин под покровное
стекло; 4) окрашенный микропрепарат пыльцы
использовали для определения с помощью «Определителя сосудистых растений центра Европейской России (Губанов И.А. и др., 1995) вида цветкового растения, которому она принадлежит; 5) сравнивали полученные результаты (работа
проводилась два полевых сезона) и делали выводы.
Практические результаты, которые получила Ксения К., состояли в следующем: 1) на цветущих растениях было отловлено 37 особей,
принадлежащих к 7 видам перепончатокрылых насекомых-опылителей
(предположительно, видовой состав насекомых был изучен не полностью); 2) большинство насекомых было поймано в травянистых сообществах с ковылем и степным разнотравьем из василька русского, льна желтого, люцерны хмелевой, клевера лугового, клевера ползучего, клевера
горного, живокости полевой, бодяка огородного и иван-чая узколистного;
3) пыльца одного из видов растений – живокости полевой – встречалась
в корзиночках и на теле у насекомых большинства видов; 4) у представителей вида пчела медоносная (Apis mellifera) обнаруживалась преимущественно пыльца живокости полевой, а у шмеля каменного (Bombus
lapidaries) и шмеля лесного (Bombus silvarum) – пыльца василька русского, которые также собирали пыльцу с бодяка огородного, иван-чая узколистного и разных видов клевера.
Выводы, которые сделала Ксения К., состояли в следующем: 1) перепон чатокрылые насекомые-опылители имеют собственные вкусовые
предпочтения среди цветущих растений, но пыльца таких растений немногочисленна (вероятно, такие растения обладают сравнительно малоразвитым нектарником); 2) почти все перепончатокрылые насекомые-опылители посещают растения живокости полевой больше всех остальных видов
цветущих растений, т.к. ее пыльца преобладает в к орзиночках и на теле
165
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
насекомых (вероятно, цветки живокости полевой имеют хорошо развитый нектарник, выделяют много нектара и привлекают опылителей); 3)
большинство видов перепончатокрылых насекомых-опылителей собирают пыльцу одновременно с двух видов растений, при этом одно из посещаемых растений производит много нектара и посещается всеми, а второе растение индивидуально для каждого из видов
насекомого. Таким
образом, гипотеза исследования Ксении К. не получила подтверждения,
поэтому была видоизменена.
Приведенный пример показывает, что мотивированный школьник
при помощи со стороны взрослых (ученые-ботаники из МГУ им М.В. Ломоносова помогли Ксении К. определить виды растений по собранной пыльце) способен выполнить исследование-наблюдение: самостоятельно проработать теоретический материал, получить практические результаты,
отличающиеся новизной и значимостью, например возможностью использования составленных таблиц для прогнозирования урожая меда.
Исследование-наблюдение Ксении К. за насекомыми-опылителями
на цветущих растениях луга можно продолжить. Например, предложить
проверить на практике действие закона Шпренгеля-Дарвина о приспособленности цветков к опылению насекомыми. Основными направлениями
таких исследовательских работ школьников могут быть следующие:
1. По линии соцветия и цветка в целом.
1.1. Привлекающее действие формы и окраски цветков на насеко-
мых – представителей различных отрядов. Проводится с помощью простого контроля за посещаемостью нормальных цветов и цветков с удаленными окрашенными частями околоцветника.
1.2. Выявление прилетной и посадочной площадки цветов (простым
наблюдением, наблюдением с помощью бинокулярной лупы и ведением
протоколов посадки и поведения насекомых на цветках с удаленными частями, составляющими посадочную площадку, и без удаления их). Необходимы зарисовки, фотографии и видеосъемка.
1.3. Соотношение порядка распускания цветков в соцветиях растений
разных видов с повадками насекомых на отдельных цветках:
166
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ
а) при зацветании соцветий;
б) при отцветании соцветий.
2. По линии пыльцы и пыльников тычинок цветков.
2.1. Механизмы раскрытия пыльников и их отношение к нагрузке
пыльцой насекомых-опылителей (морфолого-анатомические исследования).
2.2. Количество пыльцы в теке и его зависимость от способа переноса
пыльцы насекомыми-опылителями.
2.3. Приспособления у пыльцы к захвату
и переносу ее насекомыми.
2.4. Время созревания пыльцы и его отношение к времени созревания
рыльца пестика цветка (наличие дихогамии).
2.5. Продолжительность сохранения жизнеспособности пыльцы и ее
физиологическая активность:
а) при сохранении in situ;
б) при сохранении на различных частях тела насекомого;
в) при сохранении в искусственных средах (с пониженной и по-
вышенной влажностью).
Пункты 2.4 и 2.5 проверяются методом проращивания пыльцы
в сахарных растворах в висячей капле, на поверхности зрелого рыльца
или на агар-агаре с измерением длины пыльцевых трубок микрометром.
2.6. Приспособления цветка, укрывающие пыльцу от вредных внеш-
них влияний (намокания).
3. По линии нектарников и нектароносности цветков.
3.1. Типология нектарников:
а) форма и месторасположение нектарников в цветке;
б) механизм выделения нектара в цветке;
в) нектарохранилища в цветке.
3.2. Количество и качество выделяемого нектара и оценка растений
с точки зрения их медоносности.
3.3. Соотношение хода нектароносности и лета насекомых-опылителей:
а) в течение суток;
б) в течение сезона.
167
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
3.4. Органы и признаки цветка, коррелирующие с нектароносностью:
а) нектароукрыватели.
4. По линии других видов привлекающего действия цветков.
4.1. Использование насекомыми различных заменителей нектара.
4.2. Использование насекомыми цветков как убежища.
5. По линии строения и функций рыльца пестика цветков.
5.1. Время созревания рыльца пестика цветка и его отношение к вре-
мени созревания пыльцы
и пыльников (наличие протогинии):
а) по морфологическим признакам (форма и положение рыльца);
б) по физиологическим признакам (наличие секреторной дея-
тельности рыльца пестика цветка);
в) с помощью химических соединений.
Как видно из перечисленных примеров, направлений исследований-наблюдений приспособленности цветков к опылению насекомыми
огромное количество. Все это позволяет не только удовлетворить естественное любопытство обучающихся, но и сформировать у них устойчивый познавательный интерес к исследованию цветка – основного органа
покрытосеменных растений, преобладающих в составе растительного
покрова нашей планеты.
Другой формой практических исследовательских работ является
опытно-экспериментальная работа школьников, организуемая по заданию учителя в лабораторных или полевых условиях. Методике такой
работы посвящены фундаментальные труды за прошлые годы [17, 27,
125]. Анализ работ этих авторов и практика лабораторных и практических занятий показывает огромное учебно-воспитательное значение
опытно-экспериментальной работы для биологического образования.
Оно обусловлено содержанием учебного предмета «Биология» (значительное место в нем занимает физиологический материал о растениях,
животных, организме человека); важным местом в методике объяснения изучаемых биологических процессов и явлений; соответствием возрастным психологическим особенностям школьников (преобладанию
образного, конкретного мышления над абстрактным, неразвитостью
168
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ
ряда познавательных умений), дидактическими возможностями опытно-экспериментальной работы в формировании у обучающихся практических умений и навыков.
Отсутствие в практике обучения биологии опытно-экспериментальной работы нередко становится причиной неправильно сформированных
биологических понятий, непонимания взаимоотношений причин и следствий изучаемых биологических процессов. Как отмечает А.В. Бинас,
школьники 5–6-х классов
часто путают цель и ход опыта, результат опыта с выводом [17, с. 5]. На самом деле цель опыта – это то, что намечено
для исследования (установление нового, подтверждение известного), например выяснить, необходим ли свет для образования крахмала в листьях
растения. Результат опыта – это то фактическое, что получилось в опыте,
наблюдается в конце его, например крахмал имеется только в той части
листа растения, которая находилась на свету. Вывод из опыта – это умозаключение по постановке и результатам опыта, созданное в соответствии
с целью данного опыта, например: свет – необходимое условие образования крахмала в листьях растения. Другой пример касается неправильного
понимания обучающимися действия «сравнение». В отсутствии опытноэкспериментальной работы они считают, что это означает приравнять изучаемые биологические объекты, считать их равными друг другу по какому-либо одному признаку. На самом деле школьники должны уяснить,
что сравнить – это значит установить, найти общее, одинаковое у рассматриваемых объектов, например вариантов опыта, и то, что у них разное,
чем они отличаются друг от друга.
Опытно-экспериментальная работа предполагает проведение эксперимента (опыта). Например, изучение строения плесневого гриба – мукора. Проблемным вопросом может быть нахождение разницы и выявление
ее причины между микропрепаратами плесневого гриба, развивающегося на субстрате в начальном периоде развития и во время созревания
спор. Школьники выполняют работу внеурочно с использованием светового микроскопа и культур мукора на питательной среде в чашках Петри.
Отметим, что контроля при постановке данного опыта нет, школьники
169
ПРОЕКТНАЯ И ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ШКОЛЬНИКОВ ПО БИОЛОГИИ И ХИМИИ
просто сравнивают два разных состояния одного и того же биологического объекта – плесневого гриба.
Более сложный вариант опытно-экспериментальной работы связан
с постановкой опыта, который сопровождается контролем. При проведении таких исследований следует руководствоваться принципом единственного различия. Например, при изучении условий жизни рыб можно
предложить обучающимся выяснить влияние на рост
и развитие их молоди растворенного в воде кислорода. Потомство от одной самки (гуппи или меченосца) разделяют на две одинаковые по количеству мальков
группы и каждую из них помещают в аквариумы объемом 20 л, заранее
подготовленные для заселения. Один аквариум становится контрольным, другой – экспериментальным. Через воду аквариума, выделенного
для эксперимента, при помощи компрессора и распылителя продувается атмосферный воздух. Воздух подается непрерывно, корм в оба аквариума подается одинаковый с учетом его поедания рыбами в течение
20–30 мин. Кормить лучше живым мелким циклопом, затем дафнией.
При отсутствии живого корма используется в обоих вариантах сухая дафния или гаммарус, растертые пальцами в порошок.
Опыт длится один месяц, развитие молоди рыб оценивается визуально. В записях отмечаются различия в размерах тела, в появлении
соответствующей окраски и внешних признаков пола. При проведении опыта обучающиеся убеждаются в том, что в аквариуме с аэрацией воды рыбы растут и развиваются гораздо лучше, чем в аквариуме
без аэрации воды. Они более активны, лучше поедают предложенный
им корм. Выводы по результатам исследовательской работы должны содержать физиологические обоснования наблюдаемых различий
в развитии молоди рыб.
Аналогично можно поставить опыты, показывающие влияние на развитие молоди рыб кормления сухим и живым кормом, разного объема
воды в аквариуме, наличия или отсутствия в аквариуме водных растений, строго соблюдая при этом принцип единственного различия опыта
и контроля.
170
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]