Этапы и содержание исследовательской деятельности при проведении исследования «Биотестирование почвенного покрова придорожных территорий»

Эапы и содержание исследовательской деятельности при проведении исследования «Биотестирование почвенного покрова придорожных территорий»

                                                             Автор: Писаренко Надежда Ивановна,  учитель                                                        биологии МБОУ СОШ №23 с. Новозаведенного

Образовательные стандарты общего образования предполагают широкое внедрение в учебный процесс проектной и исследовательской деятельности школьников [4]. Для того, чтобы использовать исследовательскую деятельность с обучающимися как эффективное средство учения, выбирая тип исследования, учитель должен продумывать, такие вопросы, как: 1) возрастные особенности учащегося; 2) интересы учащегося; 3) уровень подготовки учащегося (то, что он уже знает и может проделать в работе над проектом); 4) необходимые возможности в знаниях, навыках приобретет учащийся в ходе и результате проделанной работы [1,3].

В моей педагогической практике исследовательская деятельность с обучающимися позволяет рационально сочетать теоретические знания и их практическое применение для решения конкретных жизненных проблем. В основе такой деятельности лежит её практическая направленность на результат, который обязательно должен быть реальным: его можно увидеть, осмыслить, применить в практической деятельности [2].

Этапы и содержание исследовательской деятельности рассмотрим на примере выполнения индивидуальной исследовательской работы выполненной членом научного экологического объединения «Исследователи природы», обучающимся 7 класса.

Название работы: «Биотестирование почвенного покрова придорожных территорий»

Тип работы: исследовательская

Тип деятельности учащегося: экспериментирование, мыслительные операции

Формируемая компетентность: мыслительная

Первый этап. Выбор проблемы исследования

1. Предварительная ориентация в выборе проблемы исследования.

Обсуждение возможных тем исследования (темы предлагает учитель, учитывая и личные качества учеников)

По территории села Новозаведенного, на протяжении 5 км, проходит автомобильная дорога общего пользования федерального значения А-167 Кочубей — Нефтекумск — Зеленокумск — Минеральные Воды. Техническая категория автодороги - II; - расчетная скорость движения - 120 км/час; - число полос движения - 2; - ширина проезжей части - 10 м, интенсивность движения на автодороге 1200 авт./ сутки. Придорожные территории сильно подвержены загрязнению вредными компонентами отработавших газов двигателей, нефтепродуктами, тяжелыми металлами. Эти загрязнения воздействуют на экосистему придорожной территории и приводят к изменению физико-химических свойств почв, их переуплотнению, загрязнению поллютантами, в т.ч. тяжелыми металлами, что вызывает повышение их фитотоксичности, приводящей к ухудшению условий произрастания зеленых насаждений. Проблема: выявление степени загрязнения почвы придорожных территорий.

Второй этап. Изучение научной литературы

1.Приобретение практических навыков работы со справочной и научной литературой

Составление библиографии по теме; разные виды чтения, выделение главной мысли, конспектирование; обсуждение прочитанных научных работ.

Третий этап. Формулирование объекта и предмета исследования, темы, гипотезы, определение целей, задач, методов.

Объект исследования: почва придорожных территорий.

Предмет исследования: биотестирование токсичности почвы придорожных территорий.

Тема исследования: «Биотестирование почвенного покрова придорожных территорий».

Гипотеза. С помощью живых организмов можно определить токсичность почвы придорожных территорий, наиболее чувствительными к загрязнению почвы будут организмы, для которых почва не является естественной средой обитания.

Цель исследования: определить токсичность почвенного покрова придорожных территорий методами биотестирования.

Задачи исследования:

1.Выявить токсичность почвы методом фитотестирования.

2.Оценить токсичность почвы по реакции выживаемости инфузорий.

3.Установить токсичность почвы по выживаемости и поведенческим реакциям дождевых червей.

Методика исследования.

В нормативных документах для биотестирования почвы (Критерии отнесения отходов…, 2001) рекомендовано использовать тест-организмы разной таксономической принадлежности, поэтому в качестве тест-объектов нами были использованы: – пшеница озимая Triticum vulgare L (однодольное растение); – инфузории Paramecium caudatun (простейшие); – дождевые черви Lumbricina (кольчатые черви).

Для проведения фитотестирования в чашки Петри помещают увлажненные почвенные образцы и высаживают в них откалиброванные семена пшеницы. Повторность трехкратная, по 50 зерен в каждой повторности. Контрольный образец (отстоянная водопроводная вода) закладывается одновременно с основным. Энергию прорастания пшеницы определяют на 3-и и 7-е сутки соответственно. Через 10 дней у проростков пшеницы измеряют длину надземной части и корней с точностью до 1 мм. В соответствии с методикой техногенно-загрязненные почвы и субстраты могут быть отнесены к 5 степеням токсичности: «практически не токсичные» (снижение всхожести семян и угнетение роста корней по сравнению с контрольной пробой в пределах 20 %), «малотоксичные» (угнетение 20–40 %), «умеренно токсичные» (угнетение 40–60 %), «опасно токсичные» (угнетение 60–80 %) и «высоко опасно токсичные» (угнетение 80–100 %).

Для оценки степени токсичности почв с помощью инфузорий Paramecium caudatum культуру инфузорий в количестве 5-6шт. помещают на предметное стекло «висячая капля» в вытяжку из почвы, и учитывают количество Paramecium caudatum подвижных в поле зрения микроскопа через 5, 60 и 180 минут при увеличении 160 раз. В качестве контроля используют водопроводную воду, которую дехлорируют путем отстаивания и аэрирования с помощью микрокомпрессора в течение 7 суток. Опыты проводят в пяти повторностях. Острое токсическое действие исследуемых проб почвы на инфузориях определяют по их смертности (летальности) за определенный период экспозиции. Критерием острой токсичности служит гибель 50% и более инфузорий за 3 часа в исследуемой пробе, при условии, что в контроле гибель не превышает 10% (Методика определения токсичности…, 2006). Количественную оценку параметра тест-реакции инфузорий Paramecium caudatum характеризующего токсическое действие, производят путем расчета соотношения числа клеток инфузорий, наблюдаемых в контрольной и опытной пробе и выражали в виде индекса токсичности. Используют классификацию: допустимая степень токсичности (0,00 <Т ≤ 0,40); умеренная степень токсичности (0,40 <Т ≤ 0,70); высокая степень токсичности (Т> 0,70).

Биотестирование с использованием дождевых червей играет важную роль в оценке токсичности почвы, так как почва является естественной средой их обитания. Метод основан на исследовании выживаемости и поведенческих реакций дождевых червей (Lumbricina), при воздействии токсических веществ, содержащихся в почве (Международный стандарт ИСО 11268-1 «Определение загрязнения по острой летальной токсичности у земляных червей»). Кратковременное биотестирование проводят в течение 2 суток. Это позволяет выявить острое токсическое действие почвы на дождевых червей. Через 2 суток проводят учет выживаемости и двигательной активности животных в опытных вариантах в сравнении с контролем. Биотестирование проводят в стеклянных 3-х литровых банках с образцами почвы, в которые помещали по 10 червей одинакового размера. Банки закрывают полиэтиленовыми крышками с отверстиями для аэрации и содержат при постоянной температуре (t=20 – 240 С) и естественном освещении (Международный стандарт ИСО 11268-1 «Определение загрязнения по острой летальной токсичности у земляных червей».) Животных во время проведения эксперимента не кормят. В качестве контроля используют почву с территории лесного массива, которая по результатам химического анализа не содержала токсичных веществ. Критерием острой токсичности являлась гибель 50% и более дождевых червей за 2 суток в тестируемой почве по сравнению с контролем, при условии, что в контроле гибель не превышает 10%. Показателем поведенческих реакций тест-объектов являлась скорость зарывания в субстрат. У дождевых червей отсутствует реакция зарывания, если почва токсична, они активно ползают по поверхности и пытаются покинуть ящик (Жарикова).

Четвертый этап. Сбор материала

(проведение практической части исследования, регистрация качественных и количественных результатов их анализ).

1.Выбор места исследования.

Исследование по данной теме проводилось в районе с. Новозаведенного Георгиевского района в пределах автомобильной дороги федерального значения «Кочубей - Нефтекумск - Зеленокумск - Минеральные Воды».

2.Обучение сбору материала. Для определения уровня токсичности почв придорожных территорий нами были заложены экспериментальные трансекты на участках вблизи автомобильной дороги на расстоянии 10м, 20м, 30м, 40м, 50 м от дорожного полотна, пробы отбирали из слоя почвы 0–20 см методом конверта.

3.Проведение эксперимента в соответствии с задачами проекта

Пятый этап. Обработка полученного материала

(Обучение статистической обработке полученного материала и представлению результатов в виде таблиц, диаграмм, графиков)

1.Обработка полученного материала

Рис.1. Показатели всхожести и энергии прорастания пшеницы в пробах почвы

Рис.2. Показатели длины корня и длины надземной части проростков пшеницы в пробах почвы

Таблица 2

Сравнительная оценка фитотоксичности почвы придорожных территорий по снижению всхожести семян, энергии прорастания и угнетению роста корней пшеницы

Рис. 3. Выживаемость Paramecium caudatum в исследуемых пробах почвы

Таблица 3

Поведение Paramecium caudatum в пробах почвы

Таблица 4

Результаты биотестирования проб почвы

с использованием Paramecium caudatum

Таблица 5

Кратковременное биотестирование почв придорожных территорий дождевыми червями

Шестой этап. Формулировка выводов.

(Систематизация и обобщение результатов работы)

1.Формулирование выводов в соответствии с задачами исследования.

По результатам проведенного исследования нами были сделаны следующие выводы:

1.По результатам фитотестирования к категории «опасно токсичные» отнесены пробы почвы на расстоянии 10 м и 20м, к «умеренно токсичные» -30м, «малотоксичные» - 40 м «практически не токсичные» - 50 м от автодороги. Фитотоксический эффект по ингибированию роста корней и побегов семян пшеницы проявлялся в основном на уровне 20 % и выше.

2. Токсичность почв придорожных территорий по реакциям выживаемости Paramecium caudatum оценена на уровне допустимой (40 и 50м), умеренной токсичности (30м) и высокой (10-20м). Токсичный эффект по выживаемости Paramecium caudatum проявлялся в основном на уровне 12,1 % и выше.

3. По выживаемости и поведенческим реакциям дождевых червей почвы на расстоянии 10м и 20м можно отнести к категории высокотоксичных, на расстоянии 30м, 40м и 50м к слаботоксичным. Токсичный эффект по выживаемости дождевых червей проявлялся на уровне 60 %.

2. Подтверждение или опровержение поставленной гипотезы.

Таким образом, выдвинутая нами гипотеза подтвердилась частично, так как из опробованных тест-организмов наиболее чувствительным к уровню токсичности придорожных почв оказались пшеница и инфузории, дождевые черви оказались наименее чувствительными. Проведенные исследования показали, что степень чувствительности к токсичности почвы уменьшается в ряду: пшеница - инфузории - дождевые черви.

3 Оценить практическую возможность эффективного использования результатов исследования

Данные по биотестированию почвы в пределах автомобильной дороги федерального значения «Кочубей - Нефтекумск - Зеленокумск - Минеральные Воды» имеют практическое значение, так как с их помощью можно получить достоверную информацию об экологическом состоянии почвы и прогнозировать характер влияния загрязненных почв на живые организмы. Наше исследование позволит предотвратить возможность засева загрязненных почв сельскохозяйственными культурами на полях ООО «Заветное» прилегающим к автотрассе.

Седьмой этап. Создание текста исследовательской работы

(написание текста исследовательской работы)

1.Практическое овладение научным стилем.

2.Обучение редактированию научного текста.

3. Обучение навыкам «свертывания» и «развертывания» текста.

Восьмой этап. Представление результатов работы

(представление работы на научно-практической конференции школьников)

1.Овладение навыками устного публичного выступления

2.Представление результатов работы в виде презентации.

Девятый этап. Оценка работы

1.Рефлексия на продукт и результат исследовательской работы

2.Анализ проделанной работы, обсуждение перспективных планов

Выполненная обучающимся исследовательская работа была представлена на краевой научно-практической конференции школьников «Эколого-краеведческие проблемы Ставрополья», 2 место, на Краевом этапе Всероссийского конкурса юных исследователей окружающей среды, 2 место, на краевом этапе 21 Всероссийской Олимпиады «Созвездие - 2020», 1 место, на Всероссийской Олимпиаде «Созвездие», 3 место.

Таким образом, исследовательская работа «Биотестирование почвенного покрова придорожных территорий» позволила изучить выявленную проблему благодаря хорошо обдуманной структуре, правильно обозначенной цели, актуальности объекта изучения, общественной значимости, методов исследования, способов обработки результатов.

Использование исследовательской деятельности в работе с обучающимися в рамках научного объединения даёт им возможность:

самостоятельно искать, анализировать, обобщать, добывать нужную информацию;

приобретать новые знания и опыт в интересующей сфере, которые можно применить на практике.

решать задачи, находящиеся на стыке нескольких учебных дисциплин;

использовать основной алгоритм исследования;

использовать основные принципы проектной деятельности;

использовать методики проведения научного исследования;

использовать элементы математического анализа для интерпретации полученных результатов.

Все вышеперечисленное позволяет применять исследовательскую деятельность, как эффективную образовательную технологию, так и как своеобразный метод психолого-педагогического сопровождения обучающихся.

​​​​​​​ Список литературы

1.Алексеев Н. Г., Леонтович А. В., Обухов А. С., Фомина Л. Ф. Концепция развития исследовательской деятельности учащихся // Исследовательская работа школьников. 2002. № 1.C. 24–33.

2. Белова Т.Г. Исследовательская и проектная деятельность учащихся в современном образовании // Известия РГПУ им. А.И. Герцена. 2008. №76(2). С.30-35.

3.Обухов А. С. Рефлексия в проектной и исследовательской деятельности // Исследовательская работа школьников. 2005. № 3. C. 18–38.

4.Федеральный государственный образовательный стандарт [электронный ресурс], − режим доступа: http://standart.edu.ru/catalog.aspx?CatalogId=227

10.Этапы работы над научным исследованием. [Электронный ресурс]. URL: http://www.nsmu.ru/student/pr_education/nauch_dejt/inf_uch/page6.php?clear_cache=Y