Инновационный лабораторный практикум в содержании биологических учебных предметов, его роль в активизации познавательной деятельности школьников и формировании исследовательских умений и навыков



Биологическая наука содержит множество фактической информации об окружающем мире, а также включает и совокупность методов, позволяющих отыскивать факты и развивать теории, т. е. осуществлять процесс накапливания знаний с последующим их изменением.

Науку развивает человеческая любознательность, и задача учителя состоит в том, чтобы учащиеся не только запомнили совокупность знаний, но и освоили их в ходе лабораторной работы.

В процессе лабораторных работ учащиеся получают элементарное представление о методах научного исследования. Данный практический метод позволяет учащимся проверять на практике выводы науки, выявлять и развивать как интеллектуальные, так и потенциальные творческие способности учащихся. Проведение лабораторных работ стимулирует мыслительный процесс, направленный на поиск и решение проблемы.

Лабораторные работы имеют огромное значение в учебно-воспитательном процессе, так как в наибольшей степени позволяют реализовать важные принципы дидактики — деятельностный подход и гуманизация процесса обучения. Ученик из объекта научения превращается в субъект собственной деятельности. Именно субъективная позиция школьника является характерной чертой развивающего обучения.

Лабораторные работы — это один из практических методов обучающего взаимодействия педагога с учащимися, заключающийся в проведении последними по заданию учителя опытов с использованием специального оборудования. Свое название данный метод получил от латинского слова laborare, что значит работать. Лабораторная работа как способ организации учебного процесса получил известное распространение в советской школе в 1930–1932 годах. Данный метод был разновидностью системы индивидуализированного обучения, впервые примененной в американском городе Далтоне учительницей Еленой Паркхерст и получившей название далтон-плана. Эту систему еще называли лабораторной. Вместо традиционных классов в школе создавались предметные мастерские, в которых каждый ученик занимается индивидуально, получая задание от учителя и пользуясь его помощью. Расписания занятий не существовало, коллективная работа проводилась один час в день. В остальное время учащиеся изучали материал в порядке индивидуальной работы, отчитываясь за выполнение каждого задания перед учителем соответствующего предмета.

Сущность данного метода состоит в том, что учащиеся, изучив теоретический материал, под руководством учителя выполняют практические упражнения по применению этого материала на практике, вырабатывая, таким образом, разнообразные умения и навыки.

Лабораторные работы имеют ряд характерных признаков:

 проводятся в классе или биологическом кабинете в специально предусмотренное время под непосредственным руководством учителя;

 объекты изучения даются учащимся для непосредственных чувственных восприятий и детального изучения;

 изучаются полученные объекты на основе устной цели и письменных указаний учителя.

В основу лабораторных работ положен принцип научного познания, т. е. деятельность учащихся спланирована таким образом, чтобы отражался естественный ход приобретения знаний: от фактов, полученных в ходе проведения опыта, наблюдений, экспериментов, через обсуждение гипотез к знаниям.

Существуют различные классификации лабораторных работ:

 по форме организации деятельности учащихся выделяют: фронтальную, групповую (звеньевую) и индивидуальную лабораторные работы;

 по содержанию: лабораторные работы по биологии растений, биологии животных, биологии человека, общей биологии;

 по источникам используемой биологической информации на уроках зоологии выделяют лабораторные работы по изучению типичных животных, лабораторные работы с микроскопом, лабораторные работы с разнообразным раздаточным материалом;

 по характеру учебно-познавательной деятельности учащихся: репродуктивного, частично-поискового и исследовательского типа.

Включение лабораторных работ в программы указывает на обязательность их во всех школах. Организуя урок с лабораторными работами, учитель должен точно установить цель и содержание работы, определить ее ход, точно спланировать продолжительность каждой ее части, составить задания, заранее приготовить объекты исследования и подобрать все необходимое оборудование.

На лабораторных работах учитель использует логические, организационные и технические методические приемы. Лабораторная работа начинается с установления педагогом ее цели, затем проводится инструктаж (устно, с помощью рисунка, натуры, модели). После этого лаборанты раздают инструменты, приборы и раздаточный материал. Учащиеся приступают к работе, проводят наблюдения и опыты, затем делают записи в тетрадях. После окончания работы, выданные учащимся материалы и инструменты, собираются лаборантами. В заключение учитель совместно с учащимися подводит итоги проделанной работы, и делаются выводы. Дается задание на дом.

Структуру лабораторных работ по биологии как практического метода обучения можно представить в виде схемы: постановка задач → конструктивная беседа об особенностях содержания изучаемого материала → самостоятельное выполнение наблюдений и опытов→ фиксация результатов, формирование выводов → заключительная беседа.

Учитель при проведении лабораторных работ использует различные средства обучения, а именно: натуральные (живые животные и растения, микропрепараты, влажные препараты, коллекции, гербарии, остеологические препараты, чучела); изобразительные (муляжи, модели, таблицы); вербальные (инструктивные карточки, слово учителя, учебник); лабораторное оборудование (оптические приборы, реактивы и красители, инструменты).

Практика современной школы предполагает разработку собственной учебной рабочей программы учителем по предмету. Это связано с тем, что с внедрением федеральных государственных образовательных стандартов второго поколения главной целью образования становится не передача знаний и социального опыта, а развитие личности ученика.

Основу личностного развития учащегося составляет умение учиться, познавать и преобразовывать мир, ставить проблемы, искать и находить новые решения; учиться сотрудничать с другими людьми на основе уважения и равноправия. Таким образом, ученик сам формирует собственные знания через содержание учебно-методических комплектов. Развивается его способность к саморазвитию и самосовершенствованию путем сознательного и активного присвоения нового социального опыта универсальных учебных действий. Формировать и развивать универсальные учебные действия — значит: научить выполнять учебные задания, построенные на способе действия, мышления, коммуникации, на основе образца; передать сам способ выполнения метапредметного действия; научить встраивать данный способ в учебную деятельность и при необходимости развивать его. На наш взгляд, одним из инструментов, формирующих универсальные учебные действия, являются инновационные лабораторные работы, созданные учителем — предметником. Эти лабораторные работы являются существенным дополнением к уже существующим работам. Необходимость из внедрения продиктована тем, что внедрение достижений современной науки в учебный процесс всегда было актуальной задачей как для авторов учебников и учебных программ по различным дисциплинам, так и для педагогов. Сегодня информационный поток увеличивается с каждым годом, учебники переписываются, стандарты и учебные планы уточняются. Однако, информация до учащихся поступает из разных источников и не всегда, к сожалению, является достоверной и своевременной.

Таким образом, мы рассматриваем возможность использования некоторых инновационных лабораторных работ в школе что, по-нашему мнению, будет соответствовать современным направлениям образования и развивать познавательный интерес у обучающихся. В нашей школе разработана учебная рабочая программа по профильному курсу «Общая биология» для обучающихся 10–11 классов. Курс имеет цель: формирование у учащихся целостной системы знаний о живой природе, ее организации от молекулярного до биосферного уровня, ее эволюции. У школьника должно быть сформировано биоцентрическое мировоззрение, основанное на глубоком понимании взаимосвязи элементов живой и неживой природы, осознании человека как части природы, продукта эволюции живой материи. При изучении курса важными формами деятельности учащихся являются: лабораторная деятельность учащихся по проведению наблюдений, постановке опытов, учету природных объектов, описанию экологических последствий при использовании и преобразовании окружающей среды; теоретическая деятельность обучающихся в работе с учебными текстами, конспектами, включающими в себя большой объем теоретического материала и материала, который носит прикладной характер; практическая деятельность обучающихся в освоении конкретных практических навыков, связанных с деятельностью человека в различных профессиональных сферах производственного хозяйства и научно-исследовательской деятельности. В программу курса внесены разработанные нами инновационные лабораторные работы по следующим темам:

1. Хромосомы млекопитающих. Кариотип.
2. Наблюдение и описание особей вида по морфологическому критерию на примере видов растений Кемеровской области.
3. Выявление изменчивости у особей одного вида на примере гербарных образцов и коллекций насекомых с использованием видов растений и насекомых Кемеровской области.
4. Изучение разнообразия мелких почвенных членистоногих в разных экосистемах Кемеровской области.
5. Изучение приспособленности организмов к определенной среде обитания на примере видов растений и животных Кемеровской области.
6. Изучение статистических основ наследования.
7. Описание экологической ниши организма на примере видов животных Кемеровской области.
8. Составление экологических пирамид на примере экосистем Кемеровской области.
9. Динамика численности популяций на примере экосистем Кемеровской области.

Предлагаемые нами инновационные лабораторные работы включены в разработанную нами учебную рабочую программу по биологии по профильному курсу «Общая биология» для обучающихся 10–11 классов. Эти работы способствуют формирование понимания учащимися таких сложных понятий, как «Кариотип», «Критерии вида и их распознавание на конкретных примерах», «Относительность приспособленности», «Статистический метод и его применение в генетике», «Экологическая ниша организма», «Экологические пирамиды и правило 10 %».

Практика использования нами инновационных лабораторных работ охватывает более десяти лет. По нашим наблюдениям этот опыт является положительным, так как наши учащиеся демонстрируют понимание сложных общебиологических закономерностей и умения применять полученные знания при решении задач и в условиях новых ситуаций.

В качестве примера использования инновационных лабораторных работ приведем одну из них.

Лабораторная работа «Изучение статистических основ наследования»

Материалы и оборудование: монеты одинакового достоинства, дополнительная информация, рисунок биологического содержания.

1. В тетради расчертите таблицу, аналогичную таблице ниже.

Статистические основы вероятности событий

№опыта	Варианты комбинаций
	«Орёл» + «орёл» (АА)	«Орёл» + «решка» (Аа)	«Решка» + «решка» (аа)
1	+
2…		+
25			+
ИТОГО

2. Возьмите две монеты одинакового достоинства, подбросьте и в таблицу запишите выпавшую комбинацию (два «орла», две «решки» или «орел — решка»). Разные комбинации или сочетания сторон монет записываются в разные колонки. После 25 подбрасываний монет подсчитайте количество отдельных комбинаций, т. е. двух «орлов», двух «решек», «орла — решки».

Еще лучше увеличить число подбрасываемых монет до 100.Зафиксируйте этот результат в тетради сравните его с предыдущим. Определите соотношение «орлов», «орлов — решек» и «решек».

Предположите, что два «орла» — сочетание доминантных аллелей АА, «орел — решка» — гетерозигота Аа, а две «решки» — гомозигота по рецессивным аллелям — аа. Определите вероятность выпадения комбинаций АА, Аа, аа.

3. Для обобщения результатов исследования и ответов на письменные вопросы изучите приведенный текст:

Словом статистика в середине XVIII в. стали обозначать совокупность разного рода фактических сведений о государствах (от латинского «статус» — государство). К таким сведениям относились данные о численности и движении населения государств, их территориальном делении и административном устройстве, экономики и т. д.

В настоящее время термин «статистика» имеет несколько связанных друг с другом значений. Одно из них близко соответствует изложенному выше. Статистикой часто называют совокупность фактов о той или иной стране. Главные из них систематически публикуются в специальных изданиях по установленной форме.

Однако современную статистику в рассматриваемом смысле этого слова отличает от «государственного ведения» прошлых столетий не только в огромной степени выросшая полнота и разносторонность содержащихся в ней сведений. В отношении характера сведений к ней теперь относят только то, что получает количественное выражение. Так, к статистике не относят сведения о том, является ли данное государство монархией или республикой, какой язык в нем принят в качестве государственного и т. д.

Общей чертой сведений, составляющих статистику, служит то, что они всегда относятся не к одному единичному (индивидуальному) явлению, а охватывают сводными характеристиками целый ряд таких явлений, или, как говорят, их совокупность. Индивидуальное явление отличается от совокупности своей неразложимостью на самостоятельно существующие и аналогичные друг другу составные элементы. Совокупность же состоит именно из таких элементов. Исчезновение одного из элементов совокупности не уничтожает ее как таковую.

Главным обобщением опыта исследования любых массовых явлений служат закон больших чисел. Отдельное единичное явление, рассматриваемое как одно из явлений данного рода, содержит в себе элемент случайного: оно могло быть или не быть, быть таким или иным. При соединении же большого числа таких явлений в общих характеристиках всей их массе случайность исчезает тогда, когда больше соединено единичных явлений.

Закономерность, проявившаяся лишь в большой массе явлений через преодоление свойственной ее единичным элементам случайности, называется статистической закономерностью.

Статистика как наука сводится к математической статистике. В математике задачи характеристики массовых явлений рассматриваются только в чисто количественном аспекте, оторванно от качественного содержания (что обязательно для математики, как науки вообще). Статистика же даже в исследовании общих законов массовых явлений исходит не только из количественных обобщений этих явлений, а прежде всего из механизма возникновения самого массового явления.

4. Определите, как зависит вероятность совпадения теоретически ожидаемых данных от полученных в ходе опыта, какова зависимость результатов опыта от величины выборки.
5. Обсуждение результатов. Используя полученные результаты иприведенный выше текст, письменно ПОЛНОСТЬЮ ответьте на вопросы:

1. Объясните, почему не совпадают теоретически ожидаемые частоты с частотами, получаемыми опытным путем?
2. Что необходимо предпринять, чтобы частоты, ожидаемые, и частоты получаемые были близки по своим значениям? Ответ поясните.
3. Возможно ли стопроцентное совпадение ожидаемых и получаемых частот по анализируемым признакам?При каких условиях это возможно? Ответ поясните, исходя из знаний об особенностях статистических закономерностей.
4. Посчитайте светлые и темные зерна в трех рядах початка кукурузы, запишите результаты подсчета, указав номер ряда (левый ряд с двумя светлыми зёрнами считаем первым). Посчитайте численные соотношения встречаемости светлых и темных зерен кукурузы в трех рядах. Запишите полученные результаты, округлив полученные числовые значения до целых чисел.

 Какой биологический закон иллюстрируют ваши данные?

 Почему данные, полученные в ходе этого подсчета, близки к теоретически ожидаемым? Ответ объясните.

 Кем и в каком веке был открыт этот закон?