Научно-исследовательская работа «Как мы изучали почвенных членистоногих»

Куликова Н. В., учитель биологии МБОУ «СОШ №11» г. Ижевска

В борьбе за микроартропод, или как мы изучали почвенных членистоногих

(опыт технического творчества учащихся в учебной деятельности по биологии и экологии)

 Есть горячее солнце, наивные дети,

Драгоценная радость мелодий и книг.

Если нет — то ведь были, ведь были на свете

И Бетховен, и Пушкин, и Гейне, и Григ

Если лучшие будут бросаться в пролёты,

Скиснет мир от бескрылых гиен и тупиц!

Полюби безотчетную радость полёта...

Разверни свою душу до полных границ.

Саша Черный, 1910

Почему это важно

Развитие творческих способностей учащихся является, как самостоятельной целью учебного процесса, так и инструментом решения целого ряда воспитательных и образовательных задач. Творчество отлично мотивирует к учебной деятельности, способствует актуализации, усвоению и закреплению знаний. В еще большей степени творчество способствует систематизации и рефлексии. Действительно, в целом ряде случаев использование на уроке элементов творчества является не только разумной и наилучшей альтернативой, но и практически малозаменимым приемом. Например, приемы деятельностного, развивающего обучения, в котором главную роль отводят ученикам, практически не реализуемы без самостоятельного творческого поиска. Ребенок должен научиться ставить перед собой учебную задачу самостоятельно и решать ее.

Совершенно очевидно, что являясь одним из видов творчества, техническое творчество находится во взаимосвязи и взаимодействии с другими видами творчества, в первую очередь, с научным и художественным. В настоящий момент на уроках биологии педагогами используются самые различные способы развития творческих способностей. Прежде всего, это разнообразные творческие работы и игры. В младшей и средней школе широко используются элементы художественного и литературного творчества, различные инсценировки. В старшей школе упор делается на информационные технологии (например, разного рода презентации) и начатки научно-практической деятельности. К сожалению, как эстетическая, так и собственно творчески-познавательная сторона не всегда находятся на должном уровне.

Не менее печален тот факт, что по какому-то нелепому «табелю о рангах» техническое творчество в современной школе часто отнесено исключительно к компетенции учителей технологии, в крайнем случае физики, химии и информатики. На уроках биологии техническое творчество учащихся если и используется, то практически исключительно в работах по благоустройству школьного участка. Но и тут все сводится к добровольно-принудительному привлечению учащихся к озеленению школьной территории, и, как апофеоз, к строительству пресловутой альпийской горки.

По-видимому, корень зла лежит в отсутствии творческого подхода у самих педагогов. А меду тем, вопрос успешного применения элементов технического творчества учащихся в ходе занятий по биологии представляет некоторые затруднение только на первый взгляд. Действительно, даже обычная в современной школе интерактивная доска в комбинации с компьютером и микроскопом отрывает массу технических возможностей, а с ними и творческого развития учащихся. Еще больше возможностей лежит в области научно-технического творчества в ходе проведения исследовательских работ и подготовки к олимпиадам. Именно в этой сфере ученики могут продемонстрировать свои творческие возможности в разработке, проектировании и создании научно-исследовательского оборудования, в постановке и проведении биологических и эколого-биологических экспериментов.

Какие у меня цели

Согласно Педагогическому словарю, Техническое творчество – вид деятельности учащихся, результатом которой является технический объект, обладающий признаками полезности и субъективной (для учащихся) новизны. Техническое творчество развивает интерес к технике и явлениям природы, способствует формированию мотивов к учёбе и выбору профессии, приобретению практических умений, развитию творческих способностей и др.Данное определение является необходимым, но недостаточным, так как им не охвачен конкретный воспитательный и образовательный смысл: техническое творчество учащихся является эффективным методом познания окружающего мира. Таким образом, основной целью использования технического творчества учащихся на занятиях по биологии и экологии является повышение качества образовательного и воспитательного процесса. Число задач, которое оказывается под силу решить научно-техническому творчеству в рамках этих занятий практически не ограничено. К главным из них относятся:

мотивация к учебной деятельности,

актуализация, усвоение и закрепление знаний,

систематизация и рефлексия.

Для ясности рассмотрим решение этих задач при помощи технического творчества учащихся на уроках биологии и экологии с точки зрения ФГОС. Напомним, что собственно ФГОС, как совокупность обязательных требований, практически не содержат конкретных указаний по типологии, структуре и характеру уроков, но четко определяет основные подходы, в частности «стандарт ориентирован на становление личностных характеристик выпускника, владение основами научных методов познания окружающего мира, мотивирован на творчество и инновационную деятельность». Кроме того, «требования к предметным результатам освоения базового курса биологии должны отражать: владение основными методами научного познания, используемыми при биологических исследованиях живых объектов и экосистем: описание, измерение, проведение наблюдений, сформированность умений объяснять результаты биологических экспериментов». А для углубленного уровня еще и «владение методами самостоятельной постановки биологических экспериментов». Но самое главное, ФГОС требует от образовательной программы, во-первых, «реализацию требований стандарта к личностным и метапредметным результатам», во-вторых, «формирование у обучающихся системных представлений и опыта применения методов, технологий и форм организации проектной и учебно-исследовательской деятельности». Приводя все вышесказанное к одному знаменателю, имеем совокупность следующих требований ФГОС:

становление личностных характеристик учащихся,

владение основами научных методов познания,

способность учащихся к творчеству и инновационной деятельности,

способность овладеть метапредметными знаниями,

владение методами самостоятельной постановки биологических экспериментов

способность применения методов и технологий проектной и исследовательской деятельности

Все они могут быть достигнуты при помощи технического творчества. Достаточно сказать, что самостоятельная разработка, проектирование и изготовление оборудования для биологического или экологического эксперимента изначально предполагает и владение научными методами, и творческую активность, и даже метапредметные связи, не говоря уже о самом эксперименте, как квинтэссенции применения методов и технологий. Причем, при грамотной мотивации, способ этот не требует сверхъестественных усилий или особенной подготовки со стороны учителя. Кроме этого, при помощи технического творчества, можно решать целый комплекс дополнительных задач.

Семерых одним ударом

Помимо мотивации учащихся, главными сложностями учителя при подготовке к олимпиадам и научно-практическим конференциям, чаще всего, являются затруднения в усвоении большого объема достаточно разноплановой информации и отсутствие практических возможностей для проведения экспериментов. Все эти проблемы могут быть решены введением в подготовку элементов технического творчества. Во-первых, будучи непосредственно включенными, так сказать «вложив душу» непосредственно в процесс подготовки, учащиеся гораздо лучше мотивированы. Во-вторых, техническое творчество позволяет в легкой и доступной для учеников форме ставить и решать такие сложные задачи, как систематизация разносторонних знаний, значительно упрощает их усвоение. В третьих, имеющиеся в специальной и научно-популярной литературе, а так же в сети Internet, уже готовые разработки различных и доступных на уровне школы технологий, позволяют с успехом расширить экспериментальную базу исследований. Более того, расширяет возможности учителя в дальнейшем. Например, создание силами учащихся экспериментального оборудования для научно-исследовательских целей, позволяет в последующем использовать его в учебном процессе, как наглядное пособие или ставить на нем биологические и эколого-биологические эксперименты и опыты.

Имея некоторый опыт в работе с одаренными детьми, можно смело утверждать, что именно творческий подход является залогом успеха, причем его эффективность проявляется сразу в двух направлениях. С одной стороны, сама по себе одаренность (любая) не может возникнуть и тем более продуктивно развиваться без высокой, устойчивой и ставшей личностной характеристикой познавательной мотивации. Умственное развитие в самой значительной степени определяется именно потребностью в познании, которая является исходным условием для развития одаренности, а важность технического творчества для мотивации уже отмечалась. С другой стороны, чрезвычайную значимость имеет психологическое сопровождение одаренных детей. Например, их самооценка зачастую отличается известной противоречивостью, нестабильностью: от очень высокой самооценки в одних случаях тот же подросток бросается в другую крайность, считая, что он ничего не может и не умеет. Творчество вообще, и техническое творчество в частности, позволяет снять болезненность этих переходов, так как дает возможность оперативно переключить внимание и активность без отлучения от предмета интереса. Иными словами, техническое творчество, как элемент творчески-самостоятельной деятельности учащихся, является важным компонентом работы с одаренными детьми.

Наконец техническое творчество учащихся является важным звеном в проведении ряда воспитательных и социально-значимых проектов на уровне школы и выше: выставки, конкурсы, мероприятия . В разных случаях техническое творчество на занятиях по биологии может быть поводом, условием, содержанием, функциональным элементом и т.д. этих проектов, круг которых постоянно расширяется. Для примера приведем ряд таких проектов:

Городской отборочный тур фестиваля детского и молодежного НТТ «От винта!»

Тур конкурсных мероприятий инновационного проекта «Столичный учитель»

Состязания в профессиональном мастерстве для учащихся школ «JuniorSkills»

Конкурс проектов «Ижевские каникулы»

Городской «Большой экологический марафон»

Молодёжный фестиваль науки в Ижевске

И многие другие.

Как это работает

Предыстория такова. В 2015 году, учащийся 9 «А» класса МБОУ «СОШ №11» Сергей Растягаев для экологического проекта (олимпиада школьников по экологии), совершенно самостоятельно выбрал достаточно необычную тему «Изучение многообразия почвенных микроартропод в грунте цветочных горшков». Несмотря на то, что тема полностью отвечала личным склонностям ученика, работа была сопряженная с рядом сложностей чисто практического характера. В частности, отдельную проблему составляло получение выборки (отделение от грунта) живых микроартропод (почвенные членистоногие). Сергея это не испугало. Дело в том, что сама технология получения (экстракция) известна с XIX в. и довольно проста. В ее основе лежит высушивание на свету сита с порцией почвенного субстрата. Микроартроподы, под действием сухости, тепла (термоэкстракция) и света (фотоэкстракция), мигрируют в нижние слои и, проваливаясь через сито и воронку, попадают в фиксирующий состав. С. Растягаевым самостоятельно была предложена конструкция портативного примитивного эклектора (прибора для экстракции), которая и была реализована нами на практике, см. рис. 1.

Рисунок 1.

Нагревался эклектор при помощи одной маломощной лампочки и был рассчитан на крайне незначительное количество почвы (менее 100 г.). Функционировал прибор менее суток в лаборантской кабинета биологии. Эти эксплуатационные свойства вполне соответствовали заявленному в теме объему (цветочные горшки).

В 10-11 классах Сергеем было изучено много нового теоретического материала, произведен анализ опыта подобных исследований в других регионов, переформулирована тема. Для экологического проекта 2016 - 2017 года он сформулировал ее так: «Сезонная динамика численности микроартропод в дерново-подзолистых суглинистых почвах юго-востока Удмуртии». По сравнению с 2015 годом, тема многократно усложнила процесс экстракции, так как требовала не только больших мощностей (необходимо было обработать не менее 27 кг. грунта), но и точно контролировать условия эксперимента (температурные условия и освещенность).

Между тем устойчивый повышенный интерес к работе стал постепенно спадать. Предлагая учащемуся самостоятельно разработать экспериментальное оборудование, я одновременно преследовала двух зайцев: заставить ребенка снова с головой увлечься и спровоцировать необходимый для создания эффективной конструкции процесс комплексного и многофакторного анализа условий и результатов эксперимента. Как ни странно, поймать удалось стразу трех «ушастых»: Сергей привлек к работе ученика 9 «А» Александра Ермачева. Кроме того, помощь в реализации проекта обещал оказать электрик МБОУ «СОШ №11» Валиахметов Айрат Рамазанович Таким образом, под моим руководством была сформирована небольшая инициативная группа, которая и приступила к разработке, проектированию и созданию научно-исследовательского оборудования.

Опираясь на соответствующую литературу, ученики в самые сжатые строки предложили проект эклектора с термо- и свето-регуляцией, рассчитанный на разовую загрузку 10 кг. грунта и мощностью 1800 Вт. Эклектор снабжался регулятором и датчиком реле температуры. Проектное время экстракции до 72 часов. Со своей стороны, Айрат Рамазанович, приложил использовать большее количество ламп, рассчитанных на меньшее напряжение, например автомобильных, запитанных от сети через трансформатор. Я же, руководствуясь правилами эксплуатации электроприборов в школе, настаивала на увеличении мощности для сокращения сроков экстракции до одного светового дня. Но самой большой проблемой стал выбор материала для установки. Дело в том, что в литературе установку предлагается делать на основе металлических частей (воронок, сит, резервуаров и т.д.), см. рис 2.

Рисунок 2

Школьные мастерские не располагали как соответствующими материалами, так и инструментами для работы с ними. На короткий момент мы оказались в крайне затруднительном положении, но ребята вышли из него, предложив рамочную конструкцию. Эскиз рамочного эклектора был найден ими в брошюре, предназначенной для студентов вузов, однако подробностей брошюра не содержала. См. рис. 3

Рисунок 3

У рамочного эклектора было много плюсов. Во-первых, одновременно можно было обрабатывать большое количество небольших по объему порций, а это сокращало время выгонки, уменьшало непрерывное время работы осветительных и нагревательных приборов, давало возможность понизать их мощность. Во-вторых, можно было раздельно обрабатывать пробы, взятые при различных обстоятельствах, не путая и смешивая их. В третьих, материалом для эклектора могли быть дерево, плотная бумага и пластик. Недостаток был один: не было подробного описания. Сергей и Александр с большой энергией принялись за «проектные изыскания». Временами они напоминали мне Мишу и Колю из хрестоматийной повести Н. Носова: много времени проводили в мастерской, сдружились, глаза их горели от воодушевления. Совсем скоро мы принялись и за создание самого прибора.

Ребята отказались от использования датчиков и реле температуры (для меленьких объемов использование автоматики было не целесообразно). В состав прибора вошло 18 воронок из плотного картона (0,5 кг грунта на каждую), смонтированных на деревянной раме и снабженных электролампами (18 ламп мощностью 60 Вт, световая отдача 11 лм/Вт). См. рис. 4 и 5

Рисунок 4

Воронки усиливались частями пластиковых бутылок, а эклекция происходила через пластиковые противомоскитные сетки в стеклянные стаканчики. В монтаже электрической цепи значительную помощь оказал Айрат Рамазанович. Рисунок 5

В ходе реализации экологического проекта установка проявила себя с самой лучшей стороны. Всего было обработано 54 пробы (ни одна не перепуталась и не потерялась), было эклектировано 350 микроартропод, в том числе 57 орибатид и 293 коллемболы. Несмотря на значительный размер 50x170x55 см. установка может храниться и использоваться в лаборантской кабинета биологии для непосредственной демонстрации процессов экстракции почвенных членистоногих, например в курсе зоологии и экологии.

Приятной неожиданностью стало участие нашей установки в выставке, посвященной открытию года экологии в России. Выставка была посвящена использованию вторсырья, а эклектор, по большей части, состоял именно из него (деревянная упаковка и ящики, макулатура, использованные пластиковые бутылки).

Наконец порадовали и результаты олимпиады школьников: С. Растягаев занял призовое место. Хорошо выступил и Александр Ермачев, к тому же у него еще все впереди. Сегодня С. Растягаев готовится к участию в олимпиаде, проводимой УдГУ.

Итак

Приобретенный опыт использования технического творчества учащихся в учебной деятельности по биологии и экологии доказал эффективность привлечения творческих методик как для мотивации учащихся, так и для всестороннего усвоения и закрепления знаний. Технические и методические сложности являются, по большей части, надуманными, и могут быть легко преодолены при помощи нестандартных походов. Творческих успехов Вам!